FR2483572A1 - Appareil d'elimination de dechets sous forme de boulettes - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL D'ELIMINATION DE DECHETS SOUS FORME DE BOULETTES, PAR CONVERSION DE CES DECHETS EN PRODUITS GAZEUX UTILISABLES ET EN RESIDUS SOLIDES INERTES. L'APPAREIL COMPREND UNE ENCEINTE VERTICALE 11 ET UNE SOLE ELARGIE 20 SITUEE AU-DESSOUS DE CETTE ENCEINTE. PLUSIEURS TUYERES 35 INTRODUISENT UN GAZ CONTENANT DE L'OXYGENE DANS LA SOLE. DOMAINE D'APPLICATION: ELIMINATION DE DECHETS ET D'ORDURES PAR INCINERATION.

Description

L'invention concerne l'élimination de déchets solides, et plus

particulièrement un four du type à sole et enceinte verticale, destiné à convertir des boulettes de déchets en un produit gazeux utile et un résidu solide inerte. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3 729 298 décrit un procédé d'élimination de déchets solides produisant un gaz de synthèse ou combustible utile et un résidu solide inerte. Ce procédé consiste à introduire les déchets dans le haut d'un four garni de réfractaire, à enceinte verticale, en même temps qu'un gaz enrichi d'oxygène est introduit dans la base du four. Les déchets forment à l'intérieur de l'enceinte verticale un lit tassé et poreux pouvant âtre analysé comme comprenant trois zones fonctionnelles: une zone de séchage située à la partie supérieure, une zone de pyrolyse située à la partie médiane et une zone de combustion ou de fusion (la sole) située à la base du four. Un appareil destiné à la mise en oeuvre de ce procédé est également décrit dans les brevets

des Etats-Unis d'Amérique N0 3 801 082 et NI 3 985 518.

Au fur et à mesure que les déchets descendent dans l'enceinte sous l'effet de leur propre poids, ils sont d'abord séchés par les gaz chauds qui s'élèvent et qui sont produits dans la partie inférieure de l'enceinte et dans la sole du four. Ces gaz se refroidissent en cédant de leur chaleur aux déchets. Lorsque les déchets, au moins partiellement séchés, continuent de descendre dans le four, ils sont exposés à des températures encore plus élevées, ce

qui entraîne une pyrolyse du contenu organique des déchets.

Pendant la phase de pyrolyse, la matière organique combustible est décomposée en présence d'une atmosphère chaude, appauvrie en oxygène (réductrice) en donnant un résidu charbonneux solide et un mélange gazeux comprenant principalement de l'oxyde de carbone, de l'hydrogène et divers hydrocarbures. Le mélange gazeux s'élève de la zone de pyrolyse, tandis que le charbon et les matières inorganiques non volatiles restantes descendent dans la zone de combustion

et de fusion ou sole.

Dans la sole, le charbon, qui est composé principalement de carbone fixé et de cendres, est en réaction exothermique (combustion) avec un gaz enrichi en oxygène qui

est introduit dans la sole au moyen de plusieurs tuyères.

Comme décrit dans les brevets précités, les tuyères sont orientées radialement et sont placées dans la moitié inférieure de la sole, juste au-dessus du bain de laitier. La chaleur dégagée par cette réaction exothermique fait fondre toutes les matières inorganiques présentes afin de former du laitier fondu qui est évacué ou éliminé en continu de la base du four. Le produit gazeux chaud- résultant de la réaction exothermique (combustion) et comprenant principalement un mélange d'oxydes de carbone, s'élève dans la zone de pyrolyse et soutient les réactions endothermiques qui se produisent

dans cette zone.

Un problème qui se posait initialement lors de la mise en pratique à grande échelle du procédé décrit dans les brevets précités avec des déchets déchiquetés provenait d'une compaction excessive du lit vertical de déchets. Cette compaction provoque un écoulement inégal des gaz à travers le

lit et, par conséquent, une diminution du rendement global.

On a ensuite découvert qu'en compactant ou tassant les déchets en petites boulettes destinées à être introduites dans le four à enceinte verticale, il était possible d'éliminer un grand nombre des problèmes rencontrés au cours du traitement de déchets déchiquetés. Ce procédé dit pour déchets sous forme de boulettes est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 4 042 345 et il - améliore

notablement le comportement global du procédé de base.

Bien que la modification apportée au procédé de base et constituée par le traitement de déchets en forme de boulettes ait conduit à un système d'élimination de déchets atteignant efficacement les buts principaux du procédé initial, c'est-à-dire la production continue d'un gaz combustible et d'un résidu constitué de laitier inerte et propre, un problème reste posé. Pendant une mise en oeuvre prolongée du procédé pour déchets sous forme de boulettes, décrit précédemment, on a observé qu'une certaine partie du 3 a charbon produit dans la zone de pyrolyse n'est pas suffisamment brûlée dans la sole et est entraînée dans les gaz ascendants. Ce charbon est donc entraîné à l'extérieur du four à enceinte verticale, avec le gaz.produit. Bien que le problème posé par l'entraînement du charbon ne semble pas nuire au comportement de base du procédé, il élève considérablement le coût du système en compliquant l'appareil d'épuration du gaz combustible et en nécessitant la mise en oeuvre d'un sous-ensemble supplémentaire pour le recyclage du charbon dans le four. Il est donc souhaitable de réduire ou, de préférence, éliminer le problème de l'entraînement du charbon. L'invention a pour objet un four du type à sole et enceinte verticale, destiné à des déchets sous forme de

boulettes, et conçu pour réduire le niveau global d'entraîne-

ment du charbon dans le produit gazeux. Le four selon l'invention comporte une sole de forme améliorée, réalisant une combustion plus complète du charbon produit dans la zone de pyrolyse, ce qui contribue à réduire l'entraînement du

charbon.

L'invention concerne donc un appareil d'élimination de déchets sous forme de boulettes, par conversion en produit gazeux utile et en résidu solide inerte. L'appareil comprend une enceinte verticale dans l'extrémité supérieure de laquelle des déchets sous forme de boulettes peuvent être introduits. La partie supérieure de

l'enceinte délimite une zone de séchage et sa partie inter-

médiaire délimite une zone de décomposition thermique permettant de former un lit de déchets sous forme de boulettes. La sole est située au- dessous de l'enceinte et communique avec l'extrémité inférieure de celle- ci. Des moyens sont prévus pour introduire un gaz contenant de l'oxygène dans.la sole utilisée comme zone de combustion. Un trou de coulée communique avec la sole pour permettre aux

résidus en fusion d'être déchargés de cette dernière.

Le perfectionnement porte plus particulièrement sur: (a) un volume V de sole (m3) qui est supérieur à celui défini par l'équation suivante (1): V = 53,9 x 102 GrDS/Pg (1) o Gr = débit maximal de charge des déchets sous forme de boulettes (kg de déchets/m2 de la section minimale de l'enceinte/seconde), Ds= diamètre équivalent minimal de l'enceinte (m), et P = pression absolue minimale du four (kPa); (b) une ouverture de communication entre l'enceinte et la sole ayant une section minimale comprise entre 0,044 et 1,0 fois la section minimale de l'enceinte; (c) plusieurs tuyères permettant l'introduction du gaz contenant de l'oxygène dans la sole, ces tuyères étant placées en des points espacés circonférentiellement dans la partie supérieure de la sole, à proximité de la communication (b) entre l'enceinte et la sole, ces points étant situés à moins de 35 % de la distance verticale entre le point médian de la communication (b) enceinte-sole et le fond de la sole; (d) les tuyères étant inclinées vers le bas et vers l'extérieur de la communication enceinte-sole (b) et orientées de manière que le gaz contenant de l'oxygène ne frappe pas directement contre le lit de déchets sous forme de boulettes. Le terme "déchets" utilisé dans le présent mémoire comprend non seulement les déchets municipaux et ordures classiques, qui contiennent communément des matières combustibles telles que du bois, des déchets alimentaires, et des matières non combustibles telles -que du métal -et du verre, mais également--d'autres matières comprenant, à titre non limitatif, des matériaux tels que le charbon, la sciure, les copeaux de bois et la bagasse, contenant une certaine

fraction organique et donc pyrolysable.

L'expression "déchets sous forme de boulettes" comprend également, selon l'invention, non seulement des déchets ayant été compactés en un bloc cylindrique ou de toute autre forme au moyen d'un appareil tel que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 4 133 259, mais également des déchets tels que du bois qui, à l'état brut, peuvent satisfaire les critères demandés pour la mise en forme de boulettes, ces critères étant indiqués dans le

brevet NI 4 042 345 précité.

Le terme "enceinte" utilisé dans le présent mémoire désigne une colonne creuse pouvant avoir, sans que cela soit nécessaire, une section droite uniforme d'une

extrémité à l'autre.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une coupe axiale de la partie inférieure de l'enceinte verticale et de la sole d'une première forme de réalisation du four selon l'invention, réalisée de manière que le lit de déchets sous forme de boulettes repose sur l'extrémité inférieure de l'enceinte; la figure 2 est une vue en plan suivant la ligne 2-2 de la figure 1-, montrant, avec coupe partielle, la position et l'orientation des tuyères dans la sole; la figure 3 est un graphique montrant l'influence du débit de charge des déchets sous forme de boulettes et du volume de la sole sur le temps théorique moyen de séjour des gaz dans la sole; la figure 4 est une coupe axiale de la partie inférieure d'une autre forme de réalisation de l'enceinte et de la sole du four selon l'invention, cette forme de réalisation étant conçue de manière que le lit de boulettes soit supporté par la communication entre l'enceinte et la sole; la figure 5 est une coupe axiale de la partie inférieure d'une autre forme de réalisation de l'enceinte et de la sole, conçue de manière que le lit de déchets sous forme de boulettes soit supporté par le fond de la sole; et la figure 6 est une vue en plan, suivant la ligne 6-6 de la figure 5, montrant, en coupe partielle, la position

et l'orientation des tuyères dans la sole.

Comme représenté sur la figure 1, le four 10 comprend une enceinte verticale 11 et une sole 20. L'enceinte verticale 11 est composée d'une coque 12 de métal et d'un garnissage réfractaire 13. Si cela est souhaité, la coque métallique peut être refroidie par eau de toute manière connue. Il est évident que l'extrémité supérieure de l'enceinte verticale 11 (non représentée) est équipée de moyens introduisant une charge de déchets sous forme de boulettes dans le four, ainsi que de moyens d'évacuation des produits gazeux dégagés à l'intérieur du four 10. Un appareillage convenant à l'exécution de ces fonctions est décrit, par exemple, dans les brevets NI 3 729 298,

NO 3 801 082, NO 3 985 518 et NO 4 042 345 précités.

L'extrémité inférieure 15 de l'enceinte verticale 11 est inclinée vers l'intérieur en 16 pour former une communication réduite 34 avec la sole. La sole 20 est suspendue et reliée de manière amovible à la communication réduite 34 de l'enceinte verticale 11 au moyen d'une bride annulaire 21. Cette construction est commode du point de vue de la réparation et de l'entretien du four. La sole 20 comprend également une coque métallique 22 et un garnissage réfractaire 23. En particulier, la sole 20 est de préférence revêtue d'un réfractaire de qualité supérieure à celle du réfractaire de l'enceinte verticale 11 afin de conserver la chaleur et de supporter la température plus élevée régnant dans la sole. Pour donner au réfractaire une longue durée de vie, la coque de la sole 20 est également, de préférence,

entourée d'une chemise 28 refroidie par eau. Le refroidisse-

ment tend à minimiser l'érosion du réfractaire sous l'effet de la haute température et des conditions fortement corrosives régnant dans la sole. Un trou 24 de coulée est ménagé dans la base de la sole 20 afin de permettre l'évacuation du laitier produit pendant le fonctionnement du four 10. Le laitier s'écoule de la sole par le trou 24 et par un conduit 25 refroidi par eau. Le laitier passe ensuite sur un déversoir 26 et tombe par un tube 27 de décharge pour être

ensuite trempé.

La sole 20 présente un volume élargi 30 entouré d'une paroi latérale verticale 31 et d'extrémités concaves 32 et 33, inclinées vers l'intérieur. L'extrémité concave supérieure 33 de la sole 20 est reliée à l'enceinte verticale 11 par la communication réduite 34. Plusieurs tuyères 35 sont

disposées dans la partie supérieure du volume 30 de la sole.

Les tuyères sont alimentées en gaz contenant de l'oxygène et provenant d'un collecteur d'oxygène approprié (non représenté). L'écoulement du gaz contenant de l'oxygène vers

chacune des tuyères est de préférence commandé séparément.

Par conséquent, l'opérateur a la possibilité de manipuler et de modifier le profil de circulation du gaz produit par les tuyères dans la sole. Les tuyères 35 sont placées en des points espacés circonférentiellement dans la partie supérieure de la sole 20, à proximité de la communication

réduite 34 entre l'enceinte et la sole.

Les tuyères 35 sont de préférence placées à la base 36 de la communication réduite 34. Elles sont inclinées vers le bas d'un angle a, à partir de la communication réduite 34. Cet angle d'inclinaison est de préférence compris

entre 10 et 45 degrés.

D'une manière générale, la communication 34 entre l'enceinte et la sole présente une section minimale comprise entre 0,044 et 1,0 fois la section minimale de l'enceinte 11. Dans la forme de réalisation de la figure 1, la communication 34 entre l'enceinte et la sole est "réduite" dans le sens o sa section droite est sensiblement inférieure à celle de l'enceinte verticale, c'est-à-dire que le rapport précité des sections droites est inférieur à 1,0. Cette

relation, associée à l'inclinaison vers l'intérieur de.

l'extrémité inférieure 16 de l'enceinte verticale, jointe à la communication 36, permet à cette dernière d'assumer la fonction d'un support pour le lit 60 de déchets sous forme de boulettes. Par rapport à une forme de réalisation dans laquelle le lit de déchets sous -forme de boulettes est supporté par le fond de la sole, la forme de réalisation de la figure 1 est plus apte à empêcher la chute de matières partiellement pyrolysées dans le bain de laitier. Cette chute provoquerait un effet de refroidissement indésirable sur le bain et la sole et il pourrait donc en résulter une obturation par le laitier du trou 24 de coulée. Par ailleurs, si le rapport précité des sections droites est trop faible, la vitesse de montée des gaz peut être assez élevée pour provoquer un entraînement important et inacceptable de charbon dans le produit gazeux déchargé à l'extrémité supérieure de l'enceinte. Un rapport des sections droites de l'ouverture réduite et de l'enceinte compris entre 0,075 et 0,2 correspond à un équilibre préféré entre ces considérations concernant la forme de réalisation de la

figure 1.

Une exigence globale de l'invention est que les tuyères 35 soient orientées de manière que le lit ne soit pas frappé directement. Etant donné que les tuyères sont placées sur le côté opposé de la communication enceinte-sole 34 et qu'elles sont isolées latéralement du lit 60 de déchets sous forme de boulettes par la base 36 de la communication, le gaz contenant de l'oxygène ne peut pas frapper directement contre le lit. Cette réalisation empêche également les tuyères d'être encrassées ou obturées par le laitier en fusion

descendant du lit 60 de déchets sous forme de boulettes.

L'orientation des tuyères 35 (et du gaz contenant de l'oxygène qu'elles déchargent) par rapport aux boulettes de déchets arrivant dans la sole 20 est également montrée sur la figure 2. Dans cette forme de réalisation de l'invention, toutes les tuyères 35 sont positionnées transversalement, dans une orientation approximativement tangentielle par

rapport à la communication 34 entre l'enceinte et la sole.

L'expression "orientation approximativement tangentielle" utilisée dans le présent mémoire signifie que l'angle e formé entre l'orientation transversale de l'axe des tuyères 35 (définie par une ligne 42 qui est une projection de l'axe transversal prolongé 41 de chaque tuyère 35 sur le plan transversal du niveau des tuyères) et une tangente vraie 43 à un cercle 44 inscrit dans la sole au niveau transversal des tuyères, lorsque la sole est considérée par rapport au plan de l'ouverture réduite (voir figure 2), est inférieur à degrés. Par exemple, si la sole présente une section droite circulaire au niveau des tuyères et si ces dernières sont orientées radialement, l'angle e indiqué ci-dessus est de 90 degrés. Dans une forme pratique préférée de

réalisation, l'angle 5 est d'environ 25 à 30 degrés.

Comme représenté sur la figure 2, la sole porte huit tuyères 35 espacées circonférentiellement. Dans une forme pratique et préférée de réalisation, on utilise autant de tuyères, espacées circonférentiellement sur le pourtour de la sole, qu'il est possible d'en loger dans l'espace disponible. Chaque tuyère 35 est dirigée vers le bas et passe dans une ouverture 37 ménagée dans l'extrémité supérieure

concave 33 de la sole 20.

Comme indiqué précédemment, les tuyères 35 doivent également être placées en des points de la partie supérieure de la sole situés à moins de 35 % de la distance verticale comprise entre le milieu de la communication 34 (dans la direction transversale)-et le fond de la sole. Sur la figure 1, la ligne pointillée horizontale 50 indique le milieu de l'ouverture 34 dans la direction verticale. La ligne mixte horizontale 42 représente le centre de l'embouchure des tuyères dans la partie supérieure de la sole, de sorte que l'écartement vertical des lignes 50 et 42 définit le décalage vertical absolu "d" des tuyères dans le volume de la sole. Ce décalage "d", divisé par la distance verticale "h" de la ligne 50 au fond 51 de la sole, multipliée par 100, constitue la base pour le décalage vertical demandé et inférieur à 35 %, indiqué précédemment pour la forme de réalisation de la figure 1. Comme représenté, la valeur d/h (100) de la figure 1 est d'environ 23 %. Les tuyères sont positionnées à l'intérieur de la sole de la manière décrite précédemment pour deux raisons principales. L'élévation des tuyères minimise le problème d'obturation par le laitier qui est particulièrement gênant dans les appareils de l'art antérieur décrits dans les brevets NI 3 801 082 et NO 3 985 518 précités, dans lesquels les tuyères sont placées dans la moitié inférieure de la sole, à proximité du bain de laitier. Deuxièmement, et ce qui est plus important, les tuyères sont placées à proximité de la communication entre l'enceinte et la sole afin d'avoir un effet immédiat sur toutes les matières combustibles pénétrant dans la sole. Comme décrit plus en détail ci-après, l'une des fonctions principales assurées par la combinaison, selon l'invention, de la construction de la sole et de l'orientation des tuyères, est de prolonger le temps de séjour des matières combustibles dans la sole. Le long temps de séjour permet une combustion plus complète du charbon et,

par conséquent, une diminution de l'entraînement du charbon.

En disposant les tuyères de cette manière, le charbon descendant dans la sole est entraîné dans les gaz circulant dans la sole, sous l'effet des jets des tuyères, plutôt que sous le simple effet de son poids, ce qui provoque une

circulation du charbon dans la sole.

Un avantage important que l'on peut obtenir en disposant les tuyères comme indiqué dans la forme de réalisation des figures 1 et 2 est qu'il se produit un écoulement en cyclone des gaz de support de combustion dans la région annulaire supérieure de la sole, au-dessous de la communication 34. Cet écoulement en cyclone des gaz de support de combustion exerce une influence sur tout le volume de la sole en prolongeant le temps de séjour des particules de charbon qui sont descendues dans la sole. Sous l'effet de leur propre inertie dans le profil d'écoulement en cyclone, ces particules de charbon tendent à rester dans la masse des gaz tourbillonnants, plutôt qu'à s'écouler avec les produits gazeux sortant du cyclone et s'élevant à travers le four. Par conséquent, le charbon est plus complètement brûlé dans la sole et la quantité et la dimension des particules de charbon finalement entraînées dans les gaz ascendants sont

notablement réduites.

Bien que l'orientation tangentielle approxi-

mative des tuyères, comme montré sur la figure 2, soit préférée, la forme de réalisation de la figure 1 peut également fonctionner avec une orientation radiale des tuyères ou toute orientation comprise entre les directions tangentielle et radiale. Les critères importants à respecter à cet égard sont que le gaz déchargé des tuyères ne frappe pas directement contre le lit de déchets sous forme de boulettes, supporté au-dessus de l'ouverture réduite 34 de la sole, et que les jets débités par les tuyères établissent une circulation appropriée du gaz dans la sole, ce qui tend à retenir les matières combustibles à l'intérieur de la sole pendant des durées prolongées. Il est indésirable que le gaz des tuyères frappe directement contre la charge du fout, bien

que ceci corresponde à une technique classique de fonctionne-

ment des hauts fourneaux, et ce contact direct est évité dans le four selon l'invention. Etant donné que l'appareil selon l'invention est conçu pour fonctionner de préférence avec une alimentation des tuyères en gaz enrichi en oxygène, le débit d'écoulement de gaz produit par chaque tuyère est très inférieur aux débits d'écoulement des tuyères des hauts

fourneaux qui sont généralement alimentées en air préchauffé.

Par conséquent, toute interférence avec les jets de gaz débités par les tuyères, par exemple par suite d'un contact direct, atténue notablement et probablement supprime toute circulation effective du gaz établie par les tuyères. Bien qu'une orientation tangentielle des tuyères tende à être particulièrement bénéfique pour l'établissement d'un profil de circulation des gaz en cyclone, très efficace, notamment en combinaison avec un angle approprié a d'inclinaison des tuyères, un profil approprié de circulation est également obtenu dans la forme de réalisation de la figure 1 lorsque les tuyères ne sont pas orientées tangentiellement, et même lorsque les tuyères sont orientées radialement. Par, exemple, la combinaison d'un angle approprié a d'inclinaison, tel que degrés, et d'une orientation radiale des tuyères, = 90 degrés, engendre un profil d'écoulement de gaz en anneau dans lequel le gaz descend dans la partie intérieure du volume de la sole et s'élève à proximité de la paroi. Ce profil d'écoulement tend également à prolonger le temps de séjour des matières combustibles (charbon) dans la sole. Il est évident qu'une orientation des tuyères entre ces deux dispositions extrêmes (c'est-à- dire tangentielle et radiale) engendre un certain profil hybride, en cyclone et en anneau,

de circulation des gaz.

L'invention exige également, en combinaison avec l'orientation des tuyères décrite ci-dessus, que la sole elle- même ait un volume égal ou supérieur à celui défini par l'équation (1) qui suit:

2 2

V 53,9 x 10 GrDS/Pg <1) ou Gr = débit maximal de charge des déchets sous forme de boulettes (kg de déchets/m2 de la section minimale de l'enceinte/seconde)-, Ds = diamètre minimal équivalent de l'enceinte (m), et Pg = pression absolue minimale de fonctionnement

de l'enceinte (kPa).

Il convient de noter que dans l'équation (1), G r est le débit maximal de charge des déchets sous forme de boulettes, c'est-à-dire le débit maximal auquel l'appareil peut fonctionner pendant une période de temps prolongée, avec un rendement maximal, en ce qui concerne le pouvoir calorifique du gaz produit, du taux de combustion du charbon, du minimum d'entraînement de charbon dans le gaz produit et de l'utilisation de l'oxygène. Ce débit maximal de charge est normalement spécifié dans les critères de conception d'un système d'élimination de déchets solides. Il ressort de la nature de l'équation (1) que, si le volume de la sole est dimensionné sur la base de cette équation et si le système est mis périodiquement en fonctionnement à un débit inférieur au débit maximal de charge des déchets sous forme de boulettes, le fonctionnement peut se prolonger à un rendement élevé grâce à une réduction proportionnelle du débit

d'alimentation des tuyères en gaz contenant de l'oxygène.

L'équation (1) spécifie également Gr corres-

pondant à la section minimale de l'enceinte. Ceci est dû au fait que le débit de charge des déchets sous forme de boulettes est limité par la section minimale. De la même manière, la largeur D. de l'enceinte correspond au diamètre équivalent minimal, ce qui permet de convertir sur cette base

une valeur portant sur une section droite non circulaire.

Cette dimension est basée sur un "minimum", pour la même raison que celle donnée pour Gr. La pression absolue minimale de fonctionnement de l'enceinte P (kPa) est la pression nominale régnant dans la partie supérieure et elle est au

moins légèrement supérieure à la pression atmosphérique.

Comme indiqué ci-après, l'appareil d'élimination de déchets sous forme de boulettes selon l'invention est de préférence utilisé à une pression sensiblement supérieure à celle de l'atmosphère. Il est nécessaire de satisfaire ce critère concernant le dimensionnement vertical de l'enceinte et de la sole pour bénéficier totalement des avantages résultant de l'orientation décrite précédemment des tuyères. Le volume de la sole, considéré conjointement avec le débit de traitement des déchets, détermine le débit auquel les produits gazeux de combustion s'écoulent de la masse des gaz circulant dans la sole. Si le volume est trop faible, le débit de sortie des produits gazeux de combustion est élevé et le temps de séjour du charbon dans la sole est désavantageusement réduit, ce qui

cause un entraînement excessif du charbon.

L'influence du débit de traitement des déchets et du volume de la sole sur le débit théorique de sortie des produits gazeux de combustion de la sole est montrée sur la figure 3 o le débit de traitement des déchets est donné en ordonnées, à gauche, en tonne/jour/m2 par kPa (valeur absolue) et le volume de la sole est donné en abscisses en m. L'ordonnée de droite indique le temps en seconde. Le débit de sortie des produits gazeux de combustion n'est pas donné de manière spécifique, mais le temps moyen de séjour (G) du gaz dans la sole est utilisé. Cependant, par définition, le temps moyen de séjour est en relation invese avec le débit de sortie des gaz de la sole (c'est-à-dire que le temps moyen de séjour est égal au volume des gaz de la sole divisé par le débit de sortie des gaz). Ainsi, pour tout volume particulier de la sole, de plus faibles temps de séjour équivalent à des débits de sortie plus grands. Des temps de séjour des gaz élevés sont donc préférés et la sole est de préférence réalisée, conformément à l'invention, de manière à établir un temps théorique moyen de séjour des gaz d'au moins deux secondes. Cette limitation se traduit dans l'expression du

volume de l'équation (1).

Il convient cependant de noter que le perfection-

nement apporté par l'invention et consistant en une diminution del'entraînement du charbon ne repose pas seulement sur un allongement du temps de séjour des gaz dans la sole. Ceci est démontré dans un système antérieur d'élimination de déchets sous forme de boulettes, du type décrit dans les brevets NO 3 729 298, NI 3 801 082 et NI 3 985 518 précités, dans lequel le four à enceinte verticale se présente sous la forme d'un cylindre de 7,66 m2 de section et 7,8 mètres de hauteur. La communication ouverte entre l'enceinte et la sole présente une section d'environ 2,8 m2 et le poids minimal de déchets sous forme de boulettes

par m2 de section minimale de l'enceinte par seconde, c'est-

à-dire Gr est de 0,274 kg. Les boulettes ont un diamètre d'environ 33 cm et des longueurs de 15 à 30 cm. La sole se présente sous la forme d'un tronc de cône ayant un diamètre de fond de 1,44 mètre, supportant plusieurs piliers dont la surface supérieure se trouve à 0,9 mètre audessus du fond et disposés de manière que la distance transversale mesurée entre des piliers opposés soit de 71 cm. La pression absolue

minimale de fonctionnement de l'enceinte (P) est de 105 kPa.

Les huit tuyères sont placées dans la partie inférieure de

l'enceinte, à 14 cm au-dessus du fond de la sole, conformé-

ment à la pratique classique dans les hauts fourneaux, afin que la distance d soit de 0,9 mètre et la distance h de 0,75 mètre (voir figure 1). Par conséquent, 83 % de la distance verticale sont compris entre le milieu de la communication entre l'enceinte et la sole et le fond de la sole. De plus, les tuyères sont orientées vers le bas de manière que l'angle a soit de 9 degrés (figure 1) et que

l'angle e soit de 90 degrés (figure 2).

Lorsqu'il travaille à un débit maximal d'alimentation en déchets sous forme de boulettes de 0,274 kg de déchets par m2 de section minimale de l'enceinte par seconde, ce système de l'art antérieur fait passer une trop grande quantité de charbon dans le produit gazeux aérien, c'est-à- dire plus d'environ 7 % en poids de -la charge des déchets. On a déterminé que le temps théorique moyen de séjour des gaz dans ces conditions de fonctionnement est d'environ 0,6 seconde. Pour tenter de réduire l'entraînement du charbon, le débit d'alimentation en déchets sous forme de boulettes a été réduit à environ 0,137 kg/m2 de section par seconde, ce qui élève le temps théorique moyen de séjour des gaz à environ 1,2 seconde. On a découvert avec surprise qu'il n'en résulte pas une diminution sensible de l'entraînement du 1.5 charbon dans le produit gazeux et que le charbon doit étre

éliminé par d'autres moyens qu'une évacuation à l'atmosphère.

Il est prévu que l'invention réduise l'entraînement du charbon dans le produit gazeux à environ 1 % en poids de la

charge des déchets (sur base sèche).

Les avantages apportés par l'invention sont exploités de façon plus efficace lorsque le four fonctionne sous une pression élevée, comme démontré en regard de la figure 3. Comme décrit précédemment, la sole a pour fonction principale d'établir un milieu propice à la combustion du charbon produit pendant la pyrolyse des déchets, de manière qu'il se dégage suffisamment de chaleur pour faire fondre la fraction inorganique des déchets et conduire les réactions pyrolytiques endothermiques se produisant dans l'enceinte verticale du four. L'invention permet d'assumer efficacement ces fonctions par suite de l'amélioration de la géométrie de

la sole et de l'orientation des tuyères.

Conformément à la figure 3, si la sole présente un volume de 2,83 m3, un débit d'alimentation en déchets de 0,123 tonne/jour/m2/kPa de pression absolue résulte en un temps moyen de séjour des gaz d'environ 2 secondes. Sous une pression absolue de fonctionnement de 105 kPa, cette caractéristique correspond à une capacité spécifique de 12,90 T/j/m, alors que sous une pression absolue de fonctionnement de 455 kPa, cette caractéristique correspond

% 2

à une capacité spécifique de 55,91 T/j/m. La pression de fonctionnement plus élevée donne un accroissement de 333 % de capacité qui correspond directement à l'accroissement de pression. Cependant, la valeur de la mise sous pression peut être utilisée plus efficacement d'une manière différente. Au lieu de concevoir une sole sous pression de même volume qu'une sole conçue pour une pression absolue de 105 kPa, il est possible de réduire le volume de la sole. Bien que ce changement de conception impose une diminution de la capacité spécifique, il a pour effet avantageux de réduire la surface spécifique et, par conséquent, la perte de chaleur de la sole. La plus faible perte de chaleur de la sole permet une température de fonctionnement plus élevée et améliore notablement les conditions établies pour les fonctions de combustion et de fusion de la sole. Par exemple, si, dans l'exemple précédent, le volume de la sole est ramené à 2,26 m3, la surface spécifique de la sole est réduite de 18 %. Néanmoins, la capacité spécifique reste supérieure de 260 % à celle de la sole conçue pour une pression absolue de kPa. Une autre forme de réalisation de l'invention sera à présent décrite en regard de la figure 4. A des fins de comparaison, les éléments de la figure 4 correspondant à ceux de la figure 1 portent les mêmes références numériques augmentées de 100. La forme de réalisation de la figure 4 diffère de celle de la figure 1 en ce qui concerne la conception de la communication 134 à ouverture réduite, séparant l'enceinte verticale 111 de la sole 120. Cette communication 134 se présente sous la forme d'une bague annulaire 161 en matière réfractaire dont la surface supérieure assume la fonction de partie inférieure, inclinée vers l'intérieur, de l'enceinte verticale. Cette bague annulaire 161 est contiguë au garnissage réfractaire 123 de

la sole.

Pendant le fonctionnement du four 110, la charge de déchets sous forme de boulettes est introduite dans la partie supérieure de l'enceinte verticale 111 par des moyens non représentés. Lorsque les déchets descendent dans l'enceinte, ils sont successivement séchés et pyrolysés par les gaz chauds sortant de la sole 120. Le lit 160 de déchets, encore sous forme de boulettes, est supporté au-dessus de la sole 120 par la bague annulaire 161. Cette dernière produit l'action de pontage nécessaire pour empêcher la matière non pyrolysée de tomber dans la sole, tout en permettant au résidu charbonneux de descendre dans la sole pour être ensuite br lé. La chaleur dégagée par la combustion du charbon sert également à faire fondre la fraction inorganique du lit 160 de déchets qui tombe vers le fond 151 de la sole et forme un bain de laitier. Le laitier en fusion est écoulé en continu de la sole par le trou 124 de coulée. Le laitier s'écoule par un conduit 125 au-dessus du déversoir 126 et

tombe par un tube 127 de décharge pour être ensuite trempé.

A titre d'illustration, un four conçu conformément à la forme de réalisation de la figure 1 de l'invention, destiné au traitement de 180 T/j de boulettes de déchets de 25 cm de diamètre et 15 à 30 cm de., longueur peut comporter typiquement une enceinte cylindrique verticale de 6,6 mètres, ayant un diamètre intérieur d'environ 2,48 mètres. Sur cette base, la valeur G r est de 0,430 kg de déchets par m de section de l'enceinte par seconde. La partie inférieure de l'enceinte verticale peut être inclinée vers l'intérieur d'un angle d'environ 25 degrés afin de former une communication réduite avec la sole, ayant un diamètre d'environ 0,80 mètre. L'ouverture réduite peut être de forme cylindrique, avec un rapport de la hauteur au diamètre d'environ 0,4. La base de l'ouverture réduite est évasée pour déboucher dans un volume de sole agrandi. La sole est de forme cylindrique, ayant un diamètre d'environ 1, 65 mètre et un volume fermé d'environ 2,32 m 3. La sole est mise en oeuvre à une pression absolue d'au moins 399 kPa

(P). La sole comporte seize tuyères espacées circonféren-

tiellement. Les tuyères sont placées dans la partie supérieure de la sole, à proximité de la communication réduite entre l'enceinte et la sole, dans un plan d qui est situé à environ 23 % de la distance verticale h traversant le volume de la sole et mesurée à partir du point médian de l'ouverture réduite jusqu'au fond de la sole. Les tuyères sont inclinées vers le bas, dans le volume de la sole, de manière à être orientées à peu près tangentiellement à la communication réduite. Les tuyères sont inclinées vers le bas, à l'intérieur du volume de la sole, d'un angle a de

degrés.

La figure 5 représente une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle la communication 234 ouverte entre l'enceinte et la sole n'a pas une section inférieure à celle de l'enceinte 211, mais est simplement de même dimension que l'extrémité inférieure de l'enceinte. La sole 220 présente un volume annulaire élargi 230 délimité par une paroi latérale verticale 231, des extrémités concaves 232 et 233 inclinées vers l'intérieur et le lit conique 260 de déchets. Ce lit 260 est supporté par le fond 251 de la sole,

contrairement aux formes de réalisation des figures 1 et 4.

Un avantage de cette construction est que la vitesse du gaz montant (avec l'entraînement de charbon) n'est pas augmentée par l'écoulement passant par l'ouverture réduite. Un inconvénient de cette forme de réalisation est que certaines parties du lit 260 de boulettes peuvent se détacher et tomber dans le laitier. Si l'on souhaite former le lit de boulettes de déchets sur le fond de la sole, comme montré sur la figure 5, l'aire minimale de la section de la communication est de préférence comprise entre 0,7 et 1,0 fois la section minimale

de l'enceinte.

L'extrémité concave supérieure 233 de la sole 220 est reliée à l'enceinte verticale 211 par la communication réduite 234. Dans la partie supérieure du volume 230 de l'enceinte, plusieurs tuyères 235 sont disposées et alimentées en gaz enrichi en oxygène, à partir d'une tubulure à oxygène appropriée (non représentée). Les tuyères 235 sont placées en des points espacés circonférentiellement dans la partie supérieure de la sole 220, à proximité de la communication ouverte 234. Les tuyères 235 sont disposées dans l'extrémité supérieure 236 de la sole 220 et inclinées vers le bas, d'un certain angle, de façon à s'éloigner de la communication ouverte 234. L'angle a d'inclinaison est de

préférence compris entre 10 et 45 degrés.

Toutes les tuyères 235 ont une orientation à peu près tangentielle à la communication 234, comme montré sur la figure 6. Comme représenté, la sole comporte huit tuyères 235 espacées circonférentiellement. Chaque tuyère 235 est dirigée vers le bas et passe dans une ouverLure 237 réalisée de façon appropriée dans l'extrémité supérieure concave 233 de la sole 220. Il convient également de noter sur la figure 5 que les tuyères sont disposées de manière à ne pas être encrassées ni obturées par tout laitier fondu descendant de la colonne 260 de déchets supportée sur le fond 252 de la sole. L'angle e de

cette forme de réalisation est d'environ 20 degrés.

Comme décrit également précédemment, il est

également nécessaire, selon l'invention, que la sole elle-

même ait un volume égal ou supérieur à celui défini par l'équation (1). Dans la forme de réalisation des figures 5 et 6, le volume de la sole comprend l'espace annulaire délimité par la paroi latérale verticale 231, les extrémités concaves supérieure et inférieure 233 et 232, respectivement, et la colonne centrale et conique de boulettes de matière, indiquée en traits pointillés en 260, diminué du volume occupé par la matière réfractaire recouvrant la paroi intérieure de la sole

220. Ce volume peut être donné approximativement par.

l'équation (2): eh (DH 2 D2 DSDB DB) <2)

V-4 3 3 3

o h = la distance verticale entre la communication ouverte 234 entre l'enceinte et la sole (ligne horizontale 250) et le fond 252 de la sole; DH = le diamètre intérieur de la sole; DS = le diamètre de l'enceinte <diamètre de la communication ouverte 234); et DB = la largeur de la colonne de boulettes de

matière reposant sur le fond 252 de la sole.

L'équation (2) suppose que le lit 260 de déchets supportés a une forme tronconique. L'homme de l'art sait comment calculer le volume de la sole si la colonne est de

forme différente.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans

sortir du cadre de l'invention.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Appareil d'élimination de déchets en forme de boulettes par conversion en un produit gazeux utile et en résidu solide inerte, cet appareil comprenant une enceinte verticale (11) qui présente une extrémité supérieure destinée à recevoir des boulettes de déchets, l'enceinte présentant une zone de séchage dans sa partie supérieure et une zone de décomposition thermique dans sa partie-intermédiaire afin de former un lit (60) de boulettes de déchets, une sole (20) étant située au-dessous de l'enceinte avec l'extrémité inférieure (15) de laquelle elle communique, un dispositif étant destiné à introduire un gaz contenant de l'oxygène dans ladite sole afin de former une zone de combustion, et un trou (24) de coulée communiquant avec la sole afin de permettre au résidu en fusion d'être déchargé de cette sole, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il présente un volume V (m3) de sole supérieur à celui défini par l'équation suivante: V = 53,9 x 102 G D /P r s g o Gr = débit maximal d'alimentation en boulettes de déchets (kg de déchets/m2 de section minimale de l'enceinte/seconde), Ds = diamètre équivalent minimal de l'enceinte (m), et pg = pression absolue du four <kPa), l'appareil comprenant également une communication ouverte (34) entre l'enceinte et la sole, cette communication ayant une section minimale comprise entre 0, 044 et 1,0 fois la section minimale de l'enceinte, plusieurs tuyères (35) qui constituent le dispositif d'alimentation de la sole en gaz contenant de l'oxygène, ces tuyères étant placées en des points espacés circonférentiellement, dans la partie supérieure de la sole, à proximité de la communication entre l'enceinte et la sole, ces points se trouvant à moins de 35 % de la distance verticale comprise entre le milieu de la communication et le fond de la sole, lesdites tuyères étant inclinées vers le bas, s'éloignant de la communication entre l'enceinte et la sole et étant dirigées de manière que le gaz contenant de l'oxygène ne frappe pas directement contre le

lit de boulettes de déchets.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aire moyenne de la sole est comprise

entre 0,7 et 3,2 fois le carré de la hauteur de la sole.

3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tuyères sont orientées à peu près

tangentiellement à la communication ouverte de l'enceinte.

4. Appareil selon- la revendication 1, caractérisé en ce que la communication ouverte (234) de l'enceinte (211) présente une section minimale comprise entre 0,7 et 1,0 fois la section minimale de l'enceinte de manière que le lit (260) de boulettes de déchets soit formé sur le

fond (251) de la sole (220).

5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure de l'enceinte est inclinée vers l'intérieur afin de donner à la communication ouverte de l'enceinte une section minimale comprise entre 0,075 et 0,2 fois la section minimale de l'enceinte pour que ledit lit de boulettes de déchets soit

supporté par cette communication.

6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tuyères sont inclinées vers le bas

d'un angle a compris entre 10 et 45 degrés.