FR2564569A1

FR2564569A1 - Procede et dispositif permettant d'obtenir de l'energie

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Publication number: FR2564569A1
Application number: FR8407507A
Authority: FR
Inventors: Tsung-Hsien Kuo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-09
Filing date: 1984-05-15
Publication date: 1985-11-22
Also published as: NL8401554A; GB2155599A; GB2155599B; FR2564569B1; GB8406171D0; DE3417620A1

Abstract

LE CONCEPT DE L'INVENTION RESIDE EN CE QUE LA MAJEURE PARTIE DE L'HUMIDITE CONTENUE DANS DES DECHETS HUMIDES DOIT ETRE EXTRAITE AVANT QUE CEUX-CI SOIENT INTRODUITS DANS UN INCINERATEUR 136 POUR Y ETRE BRULES. A CET EFFET, DEUX SOURCES DE CHALEUR SONT UTILISEES, L'UNE EST LA VAPEUR PRODUITE PENDANT LE PROCESSUS DE SECHAGE 107 DES DECHETS EN SOI, PUIS COMPRIMEE 125 ET RENVOYEE AU SECHOIR, QUI AGIT EN SOURCE PRINCIPALE DE CHALEUR POUR LE SECHAGE DES DECHETS, L'AUTRE EST LA VAPEUR PRODUITE PAR L'UTILISATION D'ENERGIE SOLAIRE. ON PEUT AINSI REDUIRE LA PERTE DE L'ENERGIE CALORIFIQUE QU'ON PEUT TIRER DE L'INCINERATION DE DECHETS HUMIDES; ON PEUT AMELIORER LES CONDITIONS DE COMBUSTION DU COMBUSTIBLE ET ELEVER GRANDEMENT LA TEMPERATURE DES GAZ DE COMBUSTION. APPLICATION A L'INCINERATION DES ORDURES ET DES DECHETS.

Description

La présente invention concerne un perfectionnement apporté à un système d'incinération de déchets à l'état humide où l'on peut augmenter l'énergie calorifique procurable qui est convertible en énergie mécanique.

D'après la construction de l'incinérateur de déchets utilisé couramment au Japon (voir figure 1) et le diagramme de circulation du procédé de fonctionnement d'un incinérateur du type à grille mobile construit par la societé dite Taiwan Machinery Company (voir page 38 du nO 194 de la revue "Today's Economy" publiée par M. O. E. A.,
R.O.C.), on peut remarquer que dans n incinérateur clas sique de déchets, les déchets sont directement introduits à l'état humide dans l'incinérateur pour y être brûlés sans procéder au préalable à l'extraction de la quantité importante d'humidité que contiennent ces déchets.Dans ce cas, le produit gazeux de la combustion entraîne une grande quantité de vapeur avec une chaleur latente consi dérable qui est perdue lorsqu'il est déchargé par la cheminée sous forme de gaz brûlé. En outre, la moindre grande quantite d'énergie calorifique produite et le plus grand rapport de l'air en excès auront dans ce cas pour effet de réduire la température du gaz de combustion et ainsi de faire en sorte que le cycle de travail de la vapeur sera un cycle à basse température et basse pression. Par conséquent, on ne peut obtenir qu'un faible rapport de conversion de l'énergie calorifique en énergie mécanique. En outre, la fraction de la matière combustible qui reste imbrûlée dans les déchets est donc plus élevée.Si l'on prend comme exemple 1 'incinérateur du type continu utilisé au Japon venant d'être cité, le rapport de l'air en excès est d'environ 2,0, la température du gaz de combustion de 750-9500C, la fraction dans les déchets de la matière combustible non brûlée d'environ 7 %.

Bien que les déchets à l'état humide ne soient pas grevés d'un coût initial, les investissements en ma tière d'installations de transformation de l'énergie calorifique qu'ils renferment en énergie mécanique sont très supérieurs à ceux d'une centrale ordinaire à vapeur à haute température, haute pression, et c'est pourquoi il est rarement bénéfique de produire de l'énergie en faisant brù- ler des déchets à l'état humide. Néanmoins, le manque d'énergie et l'élimination des ordures ménagères soulèvent actuellement des problèmes très préoccupants.

Après étude des problèmes soulevés par 1 'inciné- ration des déchets à l'état humide, la demanderesse a fait les constatations suivantes
1. I1 est plus économique de sécher préalablement
les déchets humides avant de les introduire
dans l'incinérateur pour y être brûlés. On
peut utiliser deux sources de chaleur pour
sécher les déchets, à savoir qu'une source
est la vapeur produite pendant le séchage
des déchets en soi, laquelle est ensuite com
primée thermiquement, alors que l'autre est la
vapeur produite par l'énergie solaire.

2. Après séchage des déchets humides, leur
plus faible valeur calorifique augmentera,
alors que la perte de chaleur du gaz brûlé
diminuera, et la matiere combustible que con
tiennent les déchets sera brûlée plus complè-
tement. Par conséquent, l'énergie calorifique
disponible pour application au cycle de tra
vail de la vapeur sera beaucoup plus grande.

D'autre part, la perte de chaleur due aux
étapes supplémentaires de séchage de la pré
sente invention est limite.

Par conséquent, l'adoption des étapes supplémentaires de séchage est avantageuse.

3. En outre, après séchage des déchets humides,
étant donné que leur valeur calorifique aug
mentera, et que la quantité de vapeur entre
née dans le gaz de combustion et le rapport
de l'air en excès diminuent, il en résultera
que la température du gaz de combustion sera
grandement augmentée, d'où un rendement plus
élevé du cycle de travail de la vapeur.

4. Un pre-séchage des déchets humides avant leur
combustion aura pour effet non seulement d'aug
menter l'énergie calorifique pouvant être
obtenue par unité de poids des déchets, mais
encore d'élever le pourcentage de l'énergie
calorifique pouvant être transformée en éner
gie mécanique.

5. On peut aussi utiliser le gaz de combustion
à haute température pour procéder encore au
séchage des déchets dont la majeure partie de
l'humidité qu'ils renferment a été enlevée par
le procedé de séchage cité ci-dessus. Après
ce séchage, le rapport de l'air en excès pour
la combustion des déchets sera encore réduit,
et donc la température du gaz de combustion
peut encore être augmentée. Par conséquent, la
combustion du combustible dans les déchets
deviendra plus complète . (Cela est différent
du cas du courant de retour du gaz brûlé dans
une chaudière classique, car celui-ci ne fera
rien d'autre que réduire la température du
gaz de combustion).

6. De plus, l'air qui a été pré-chauffé par le
gaz brûlé peut encore être pré-chauffé pour
être porté à une température encore plus éle
vée (c'est-à-dire au-delà du point d'alluma
ge des déchets) par l'utilisation des cendres
et du gaz de combustion à haute température de
manière à grandement augmenter la température
du gaz de combustion et faciliter la combus
tion plus complète du combustible dans les
déchets.

7. En outre, avant le processus de séchage des
déchets humides et froids, ceux-ci peuvent être
pré-chauffés par le gaz brûlé rejeté dans la
cheminée de sorte que la chaleur résiduelle
du gaz brûlé peut encore être récupérée.

L'objet principal de la présente invention est un perfectionnement du procédé et du dispositif, dans lesquels les déchets humides sont séchés avant leur entrée dans 1'incinérateur pour y être brûlés, par utilisation de la vapeur produite par l'énergie solaire et/ou de la vapeur venant du processus de séchage des déchets humides, laquelle est ensuite comprimée, comme sources de chaleur servant au séchage des déchets humides introduits ultérieurement dans l'incinérateur dans le but d'extraire la majeure partie de l'humidité que contiennent les déchets cités en dernier avant qu'ils soient brûlés. Ainsi, le rapport de transformation de l'énergie calorifique en énergie mécanique dans le traitement des déchets humides se trouvera grandement amélioré.

Un autre objet de la présente invention est une série de perfectionnements apportés aux étapes supplémentaires qui permettent d'augmenter encore la température du gaz de combustion et de faciliter la combustion complète du combustible dans les déchets, et aussi de réduire la perte de chaleur du gaz brûlé de façon à pouvoir utiliser l'énergie calorifique provenant de ces déchets,de la même manière que l'énergie calorifique pouvant être tirée des combustibles courants tels que le charbon ou le mazout, dans le bit de transformer l'eau en vapeur surchauffée à haute pression et obtenir ainsi un rendement thermique plus élevé.

La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci-joints dans lesquels
La figure 1 est une représentation schématique du procédé de traitement de déchets dans un incinérateur courant utilisé au Japon;
La figure 2 est une représentation schématique du procédé de traitement de déchets adopté dans 1'inciné- rateur comportant les étapes perfectionnées prévues dans la présente invention; et
La figure 3 est une représentation schématique de la construction d'un mode de réalisation de générateur à énergie solaire utilisé dans la présente invention.

La figure 1 représente le processus de traitement de déchets adopté dans un incinérateur qui est largement utilisé au Japon.Comme représenté, les déchets sont introduits dans un réceptacle 3 à partir d'un camion 2, puis acheminés jusqu'à une tr mie 5 par une grue 4.La quantité de déchets introduite dans 1'incinérateur est contrôlée par un contrôleur de chargement g.L'air devant être utilisé pour soutenir la combustion des déchets est introduit de manière à passer dans un pré-chauffeur d'air 13 du type à vapeur par un ventilateur 12 et pré-chauffé à une température d'environ 2O00C,puis traverse une grille 7 de manière à faciliter la combustion des déchets. La cendre produite 8 tombe dans un réceptacle 10 en passant par un moyen de déchargement de cendre 9.Le gaz de combustion produit est transmis à une chaudière pour produire de la vapeur, et la vapeur est introduite dans une turbine à vapeur de manière à produire de l'énergie mécanique. Le gaz brûlé est déchargé dans l'atmosphere par une cheminée.

On notera que ce système ne présente aucun traitement de pré-séchage des déchets.

La figure 2 représente le processus de traitement de déchets adopté dans 1'incinérateur de la présente invention. Les déchets-humides qui qnt été soumis à un prétraitement tel qu'une séparation magnétique, un broyage et analogue, sont introduits dans un pré-chauffeur 101 de maniere à être mélangées directement et suffisamment avec du gaz brûlé perdu qui est aspiré dans le pré-chauffeur 101 par un ventilateur 100. Les déchets pré-chauffés sont alors introduits dans un réceptacle 105, puis par un convoyeur à vis 106 dans un séchoir cylindrique 107 à agitation continue qui comporte une chemise de vapeur pour le chauffage des déchets.Dans le séchoir 107, les déchets sont lentement agités par une pluralité de lames 108 en forme de rateau pendant leur chauffage; l'humidité que contiennent les déchets s'évapore pour donner de la vapeur qui entre dans un compresseur thermique 125 (ou dans un compresseur où elle est cosprimée . Ensuite, la vapeur est renvoyée au séchoir 107 pour servir de source de chaleur pour le séchage des déchets. L'énergie calorifique manquante pour le séchage est obtenue en extrayant de la vapeur d'un étage approprié d'une turbine à vapeur 142.

Noyant abandonné son énergie calorifique dans le chauffage des déchets, la vapeur se condense pour donner de l'eau qui s'échappe par un purgeur 114 pour entrer dans un réservoir d'eau chaude 119. Le gaz incondensable (par exemple l'air) à l'intCrieur de la chemise 109 du séchoir est évacué par une soupape 112 de façon qu'une bonne conduction thermique puisse être maintenue à I'intérieur du séchoir.

La construction du séchoir 107 employé dans la présente invention est différente de celle d'un séchoir classique. La moitié inférieure du séchoir 107 est constituée de demi-cylindres sensiblement concentriques (un cylindre intérieur et un cylindre extérieur). Des conduites de vapeur sont montées à l'intérieur de la chemise de vapeur 109 formée entre les deux demi-cylindres. En outre,un milieu de transfert de chaleur ayant un point d'ébullition élevé remplit l'interieur de la chemise 109 et l'extérieur des conduites de vapeur. Comme la vapeur comprimée pour le séchage des ordures est introduite par une tuyauterie de faible diamètre,la pression (ou la température) de la vapeur peut être portée à une valeur aussi élevée que possible sans crainte de faire éclater les conduites.L'énergie calorifique de la vapeur est conduite par l'intermédiaire du milieu de transfert de chaleur jusqu'aux déchets dans le cylindre intérieur. Comme le milieu de transfert de chaleur a un point d'ébullition élevé, la pression résultant de son chauffage par la vapeur sera assez basse et par conséquent les cylindres intérieur et extérieur du séchoir ne seront pas soumis aux effets d'une haute pression. Ainsi, la différence de température entre la vapeur utilisée comme source de chaleur pour le séchage des déchets et les déchets à sécher peut être augmentée dans une large mesure et l'aire de la surface de chauffage du séchoir peut être grandement diminuée de manière à reduire les coûts d'installation et les pertes de chaleur.

le gaz incondensable, cité ci-dessus, entre alors dans un absorbeur 116 et la vapeur entraînée dans le gaz incondensable est absorbée par l'eau froide, de sorte que la chaleur latente que contient la vapeur peut être récupérée. D'autre part, l'eau chaude est introduite dans le réservoir 119 et y est recueillie, puis est envoyée dans un élément chauffant 148 pour le chauffage de l'eau froide d'alimentation de la chaudière. Ayant été séchés les déchets sont alors acheminés par un convoyeur à vis 115, via un autre convoyeur enfermé et isolé 113, et envoyés à l'entrée 131 de l incinerateur. L'entrée 131 sert seulement au chargement des ordures et doit être aussi tanche que possible de maniere à éviter que de l'air froid n'entre dans l'incinérateur.

Un ventilateur 132 de gaz de combustion sert à aspirer le gaz de combustion à haute température de la chambre de combustion 136. Ce gaz de combustion est ainsi amené à s'élever du fond de la chambre de séchage jusqu'à son sommet, puis entre dans une chambre 135 de retour de gaz de combustion pour revenir à la chambre de combustion. Les déchets qui sont introduits dans 1'inci nérateur par l'entrée 131 tombent par gravité le long d'une multiplicité de plaques tampons inclinées 134 montees dans la chambre de séchage 133 et espacées les unes des autres dans le sens vertical, et viennent avec le gaz de combustion à haute température s'-élevant à contre-courant dans la chambre de séchage 133.Par conséquent, l'humides té résiduelle'des déchets est vaporisée, et les déchets deviennent une matière inflammable presque entièrement sèche qui tombe finalement sur une grille 137 de combus- tion du type mobile.

D'autre part, l'air devant être utilisé pour soutenir la combustion est introduit par un ventilateur 153 dans un pré-chauffeur 154 d'air pour gaz brûlé et y est pré-chauffé par le gaz brûlant sortant, puis cet air traverse une conduite 155 pour entrer dans un pré-chauf- feur 156 d'air de cendre et est de nouveau pré-chauffé par la chaleur des cendres, puis traverse une conduite 154 pour entrer dans un pré-chauffeur 159 d'air de gaz de combustion à haute température. Apres chauffage par les trois pré-chauffeurs 154, 156 et 159, l'air a atteint une température supérieure au point d'allumage des déchets, généralement de l'ordre de 4500C, et entre dans la grille 137 pour brûler les déchets séchés.

Les déchets sont ainsi brûlés dans la chambre de combustion 136 et le gaz de combustion à haute température produit s'élève et traverse successivement un élément chauffant 140 de vapeur surchauffée à haute pression, un générateur 139 de vapeur à haute pression et un pré-chaufeur 138 d'eau d'alimentation, pour produire du gaz surchauffé à haute pression qui est envoyé via une conduite 141 dans une turbine à vapeur 142 pour y effectuer un travail par détente.

Après détente pour l'exécution de ce travail, la vapeur perdue est déchargée dans un condenseur 145 pour former un condensat qui est alors comprimé par une pompe haute pression 146,et traverse l'élément chauffant 148 pour entrer dans la chaudière à des fins de recyclage.

Ayant exécuté l'échange de chaleur, le gaz de combustion, dont la température a été réduite, devient un gaz brûlé et traverse le pré-chauffeur d'air 154 qui récupère la chaleur résiduelle du gaz. Alors, le gaz est introduit dans un préwchauffeu- 101 de déchets humides de ma nière à être en contact direct et suffisant avec les déchets humides et froids. Enfin, le gaz est rejeté dans l'atmos- sphère par la cheminée apres avoir subi un traitement classique, tel qu'un recueil électrostatique des poussières, une absorption des gaz dangereux et analogues, ce traitement n'entrant pas dans le cadre de la présente invention et n'étant donc pas décrit en détail. Les cendres restant sur la grille sont recueillies au fond de 1'incjnérateur de manière à chauffer l'air traversant le pré-chauffeur 156 d'air avec leur chaleur résiduelle. es cendres sont finalement déchargées par un convoyeur à vis 150 pour entrer dans un réceptacle 151 et sont évacuées par un orifice 152, le cas échéant. L'orifice 152 doit être fermé aussitôt après la fin de l'opération d'évacuation des cendres de manière à éviter l'entrée d'air froid et la réduction de la température à l'intérieur de l'incinérateur.

Comme décrit précédemment, pour améliorer encore les performances de l'incinérateur, on peut utiliser aussi l'énergie solaire comme source de chaleur pour la production de vapeur, et la vapeur ainsi produite est envoyée directement à la chemise 109 du séchoir 107 représenté en figure 2; la figure 3 représente la construction d'un mode de réalisation de générateur de vapeur par énergie solaire qui est utilisé dans la présente invention. Comme représenté, de l'eau est introduite par une pompe 50 dans un réservoir 51 dans lequel un contrôleur automatique de niveau 52 permet de maintenir le niveau d'eau à une valeur correcte (c'est-à-dire que ce niveau ne sera jamais si élevé qu'il se trouvera au-delà du niveau de la conduite de vapeur 55, ni si bas qu'il pourrait avoir un effet sur l'absorption de l'énergie calorifique).L'énergie solaire est focalisée par une lentille convexe sur des conduites en fer 53 ou sur des plaques en fer noires 56 absorbant la chaleur. Toute la surface extérieure du générateur de vapeur est entourée de plaques d'isolation thermique 57 de manière à éviter que la chaleur absorbée ne se dissipe dans l'environnement. Comme on peut le voir dans cette figure, une partie (par exemple, la partie gauche), de chaque conduite en fer est légèrement surélevée de façon que la vapeur produite par l'énergie solaire puisse s'élever immédiatement et être recueillie dans les conduites de vapeur 55, puis dirigée vers la chemise 109 du séchoir 107.

Les étapes du processus de séchage décrit ci-dessus où il y a utilisation de la vapeur provenant du séchage antérieur des déchets humides en soi, laquelle est ensuite pressurisée de la maniere @ Indiquée précédemment, comte source principale de chaleur sont les suivantes
1. Les déchets humides sont introduits par le
convoyeur à vis 106 pour entrer dans le sé
choir 107, puis lenter:ient agités par une plu
ralité de lames 108 en forme de rateau defa-
çon à être chauffes de manière homogène. Par
ailleurs, les déchets sont progressivement
dirigés vers le convoyeur à vis 113 situé à
la sortie du séchoir (car le séchoir est légè-
rement incliné), puis introduits dans l'inci
nérateur par le convoyeur fermé et isolé 30.

2. La vapeur provenant du séchage des déchets
humides dans le séchoir 107 est introduite
depuis la sortie 110 du séchoir, après passa
ge dans la conduite 111, dans un compres
seur thermique 125, et est pressurisée dans ce
compresseur en utilisant la vapeur haute pres
sion comme gaz moteur. La vapeur ainsi produi
te est employée comme source de chaleur pour
le séchage des déchets dans le séchoir à agi ta-
tion continue 107. L'énergie calorifique man-
quante dans le processus de chauffage est four
nie en extrayant de la vapeur d'un- etage appro
prie de la turbine à vapeur 142. La vapeur
sortant du compresseur 125 et la vapeur ex
traite sont combinées et envoyées à la chemise
de vapeur 109 du séchoir 107.La vapeur qui
a abandonne son énergie calorifique pour le
séchage des déchets humides se transforme en
condensat, puis est déchargée par le purgeur
114 dans le rdservoir d'eau chaude 119.

Naturellement, au stade initial de fonctionnement de l'incinérateur, les déchets seront envoyés dans le pré-chauffeur 11, le réceptacle de déchets 105, le séchoir 107 et le convoyeur 130 pour entrer dans 1 'inciné- rateur, mais un fonctionnement normal du séchoir 107 ne peut être obtenu, tant que la vapeur n'est pas introduite dans la turbine 142.Cependant, si on utilise l'énergie solaire pour produire de la vapeur, et que cette dernière est envoyée directement dans le séchoir 107 par la conduite 55 de la manière décrite ci-dessus, 1é fonctionnement normal du séchoir 107 peut alors être démarré plus tôt.

3. La fréquence et la synchronisation de
l'échappement du gaz incondensable,etc;
doivent être contrôlées correctement de facon
que,d'une part, la chaleur latente que con
tient le gaz d'échappement qui est évacuée
par la soupape 112 puisse être récupérée
complètement à l'absorbeur 116 et, d'autre
part, la concentration de la vapeur dans la
chemise puisse être maintenue aussi élevée
que possible de manière à obtenir une bonne
conduction de la chaleur à l'intérieur de celle-ci.

4. Le gaz incondensable cité ci-dessus qui en
traîne la vapeur est évacué par la soupape
112 par une conduite dans l'absorbeur de
vapeur 116 où la chaleur latente que con
tient la vapeur est absorvée par l'eau. L'eau
qui a abosrbé la chaleur latente de la vapeur
et le condens-at qui a été évacué par la purge
114 sont recueillis dans le réservoir d'eau
chaude 119, puis introduits par pompage dans
l'élément chauffant 148 pour procéder au
chauffage de l'eau d'alimentation de la chau dière.

5. des déchets qui ont été séchés dans le sé
choir 107 sont introduits par le convoyeur
fermé et isolé 130 dans l'incinérateur.

6. L'air devant être utilisé pour soutenir la
combustion est envoyé par le ventilateur 153
dans le pré-chauffeur 154 d'air pour gaz brûlé,
dans lequel sa température est portée à envi
ron 2000C, température qui est approximative
ment la même que dans le cas de la températu
re standard de l'incinérateur largement utilisé
au Japon, puis est introduit dans la grille
pour la combustion des déchets séchés.

7. Le gaz de combustion à haute température pro
duit est utilisé pour le chauffage de la va
peur et de l'eau d'alimentation dans l'élément
chauffant 140 de la vapeur surchauffée, le gené-
rateur de vapeur 139 et le pré-chauffeur 138
d'eau d'alimentation. La vapeur surchauffée
haute pression ainsi produite est introduite
dans la turbine à vapeur 142 pour y effectuer
un travail par détente. Après détente, la va
peur perdue est déchargée dans le condenseur
145 pour former un condensat qui est alors ré
cupéré comme eau d'alimentation de chaudière
pour un-nouvel emploi.

8. Le gaz brûlé est évacué par la cheminée dans
l'atmosphère après avoir traversé le pré
chauffeur d'air 154. Les cendres résiduelles
de la grille sont recueillies au fond de
l'incinérateur, puis déchargées par un con
voyeur à vis 150 dans le réceptacle 151 et
évacuées par l'orifice 152 , le cas échéant.

Cependant, dans le but d'augmenter l'énergie calorifique récupérée et d'élever la température du gaz de combustion, il -y a plusieurs autres étapes, en dehors des huit étapes venant d'être décrites, que l'on peut adopter.

Ces étapes supplémentaires qui ont de fait été mentionnées ci-dessus sont résumées ci-après
(1) Une partie de l'humidité que contiennent les
déchets peut être extraite en mettant en mar
ché le ventilateur 132 (figure 2) pour que
le gaz de combustion à haute température
s'élève lentement à partir du fond de la cham
bre de séchage 133 et vienne en-contact, à
contre-courant, avec les déchets tombant vers
le bas afin de les sécher.

(2) L'air qui a été pré-chauffé, au pré-chauffeur
154 de gaz brûlé, pour être porté à une tem
pérature de 2000C peut encore être chauffé
jusqu'à une température dépassant 4500C en
mettant le ventilateur en marche 161 (figure
2) afin que le gaz de combustion à haute tem
pérature s'élève vers le haut et traverse le
pré-chauffeur 159 pour procéder au chauffage
de l'air chaud se trouvant à l'intérieur de
ce pré-chauffeur, air qui a été pré-chauffé
par le gaz brûlé et/ou les cendres avant
d'entrer dans le pré-chauffeur 159.

(3) Le gaz brûlé perdu, qui a une température
d'environ 28O0C avant de quitter l'inciné
rateur, peut encore être dirigé vers le pré
chauffeur de déchets 101 afin de chauffer les
déchets humides et froids, qui n' ont pas
été du tout séchés, par contact direct et
suffisant avec ces déchets. Pendant ce pro
cessus de chauffage, les déchets et le gaz
brûlé perdu se -déplacent à contre-courant.

Ensuite, le gaz brûlé est évacué par la che
minée à une température d'environ 80 C.

Les étapes supplémentaires citées ci-dessus peuvent être réalisées individuellement ou par combinaison de deux ou plus.

On procèdera maintenant, à une illustration du rendement thermique amélioré que permet la présente invention.

I1 est bien connu que lors de la combustion de déchets, l'énergie calorifique produite qui peut êtreuti- lisée dans le cycle de la vapeur sera d'autant plus élevée que la vapeur calorifique inférieure (VCI) des déchets est plus grande , que la quantité de matière combustible restant imbrûlée est plus faible et que la perte de chaleur du gaz brûlé et des cendres est plus faible.Par ailleurs, plus la température du gaz de combustion est élevée, plus le rendement thermique du cycle de la vapeur concerné sera grand.Par exemple,dans une centrale thermique moderne qui utilise du fioul comme carburant et dont la température des gaz de combustion est d'environ 15500Ç, le rendement thermique du cycle de la vapeur atteindra une valeur aussi élevée que 44,7 9s. Par contraste, dans le cas de la combustion de déchets humides avec une température des gaz de combustion d'environ 8500C, le rendement thermique du cycle de la vapeur due à l'énergie calorifique de combustion ne sera que de quelque 20 %.

Si l'on prend comme exemple le traitement (par incinération) des déchets mélangés de la ville de Taipei, où l'on doit traiter quotidiennement un montant de 600 dollars de déchets melangés (composition : combustible 29 %, humidité 56 %, et cendres 15 % en poids et
VCI - 47 J/kg).

Le processus et le dispositif classiques d'inci nération qui sont couramment utilisés au Japon ont été utilisés dans ce traitement et les résultats obtenus sont les suivants : la quantité du combustible restant imbrûlé est d'environ 7 %, le rapport de l'excès d'air est d'environ 2,0; la perte de la chaleur rayonnée à l'intérieur de 1'incinérateur est de 2 %, la perte de chaleur du gaz brûlé par q de déchets humides est d'environ 1,3 J (mais, le gaz brûlé quitte l'incinérateur à une température de 2800C); la perte de chaleur des cendres par kg de déchets humides est d'environ 0,25 J (mais les cendres quittent l'incinérateur à une température de 200 C); l'énergie calorifique nette disponible par kg de déchets pour le cycle de génération de vapeur est d'environ 3 J; la température du gaz de combustion est d'environ 9250C, le rendement thermique pour le cycle de génération de vapeur est d'environ 22,5 & l'énergie électrique pouvant être produite par un kg de déchets est d'environ 0,1940 KWH, et par conséquent, la puissance électrique globale pouvant être produite par 1 'incinérateur est de 4850 KW.

Par contraste, si le processus et le dispositif de la présente invention sont employés pour le traitement de la même quantité de déchets que dans le cas de l'inci nérateur utilisé couramment au Japon (ce cas sera ulte- rieurement appelé cas classique) peut importe que les étapes supplémentaires soient adoptées simultanément ou non, l'énergie calorifique produite, la quantité de combustible restant imbrûlé, le rapport de l'air en excès, la perte de chaleur du gaz brûlé et la température du gaz de combustion seront, dans chaque cas, selon la présente invention différents de ceux du type classique.

En outre, comme l'énergie calorifique et l'éner- gie mécanique supplémentaires qui devaient être utilisées par suite de l'adoption des étapes supplémentaires citées ci-dessus sont également différentes du type classique, l'énergie calorifique nette pouvant être transformée en énergie mécanique (ou énergie électrique) selon la présente invention sera également différente de celle du type classique.

Le tableau 1 représente la comparaison de la puissance électrique pouvant être produite dans plusieurs cas selon la présente invention et dans le type classique. TABLEAU I

Type <SEP> de <SEP> processus <SEP> C <SEP> A <SEP> A+S1 <SEP> A+S1+S2 <SEP> A+S1+S2+S3 <SEP> B <SEP> B+S1 <SEP> B+S1+S2 <SEP> B+S1+S2+S3
<tb> d'incinération
<tb> Puissance <SEP> électrique
<tb> produite <SEP> (KW) <SEP> 4850 <SEP> 8480 <SEP> 9300 <SEP> 10810 <SEP> 12070 <SEP> 10900 <SEP> 11860 <SEP> 13730 <SEP> 14990
<tb> Rapport <SEP> de <SEP> l'augmentation
<tb> de <SEP> la <SEP> puissance <SEP> électrique <SEP> 1 <SEP> 1,75 <SEP> 1,92 <SEP> 2,23 <SEP> 2,49 <SEP> 2,25 <SEP> 2,45 <SEP> 2,83 <SEP> 3,09
<tb>
La signification des symboles représentant les divers types de processus d'incinération du tableau I est la suivante
C : type classique d'incinération dont il a été question
précédemment
A : processus principal selon la présente invention,
c'est-à-dire processus consistant à utiliser la vapeur
provenant des déchets humides en soi, lorsque ces der
niers sont séchés dans le séchoir à agitation continue
107 puis soumis à une compression thermique, comme
source principale de chaleur pour le séchage des dé
chets humides
La quantité d'humidité pouvant être extraite des déchets humides par l'utilisation de ce processus principal est de 0,21 kg par kg de déchets. Bien que la perte de chaleur de rayonnement, la tempeture du gaz brûlé et la température à laquelle les cendres quittent 1 'incinéra- teur selon ce type A de type d'incinération soient identiques à celles du type C cité ci-dessus, la VCI du type A a été augmentée à 5 J.La fraction du combustible restant imbrûlé est réduite à 2,5 %. Le rapport de l'air en exces devient 1,7.La perte de chaleur du gaz brûlé devient 1 J.

La perte de chaleur des cendres devient 0,25 J. L'énergie calorifique qui doit être fournie au séchoir 107 (rendement thermique = 75 %) est 0,5 3.Mais comme 0,13 J supplémentaire d'énergie calorifique doit être appliqué à l'incine- rateur par les déchets par suite du processus de séchage de ces déchets dans le séchoir 107, l'énergie calorifique réelle pouvant être utilisée dans le cycle de production de vapeur sera de 3,6 J. La température du gaz de combustion est 12400C, et le rendement thermique pour le même cycle de vapeur est d'environ 34 %. Par conséquent, l'énergie électrique pouvant être produite par kg de déchets humides sera 0,3519 KWH.Par conséquent, dans le cas d'un incinérateur dans lequel on traite quotidiennement 600 dollars de déchets,la puissance électrique produite sera d'envi- ron 8800 KW et, après avoir soustrait de cette valeur une valeur de puissance de 320 KW pour l'agitation dans le séchoir 107, la puissance électrique nette produite deviendra 8480 KW.

lême processus que pour le type A, sauf toutefois que
la vapeur produite par l'énergie solaire sert de source
de chaleur pour le processus de séchage dans le séchoir
107. Par conséquent, le fonctionnement à l'intérieur
de 1'incinérateur est le même que pour le type Pi cité
ci-dessus.Dans ce cas, il n'est plus nécessaire de
fournir de l'énergie calorifique au séchoir. Au con
traire, comme la vapeurs'échappant des déchets humides
peut être utilisée pour le pré-chauffage de l'eau d'ali
mentation de la chaudière, l'énergie calorifique dis
ponible peut être augmentée d'environ 0,5 J. Par consé
quent,l'énergie électrique pouvant être produite par
1 kg de déchets humides deviendra 0,4487 KWH.Dans le
cas d'un incinérateur dans lequel on traite quotidien
nement 600 dollars de déchets, l'énergie électrique
produite sera d'environ 11200 KW et, après avoir sous
trait de cette valeur une valeur de puissance de 320
KW, pour l'agitation dans le séchoir 107, l'énergie
électrique nette produite sera 10900 KW.

A+S1 : Même processus que pour le type A, sauf toutefois
que l'étape supplémentaire de séchage des déchets par
le gaz de combustion à haute température est en outre
adoptée de façon que la teneur en humidité d'un kg de
déchets humides soit ramenée de la valeur d'origine de
0,56 kg à seulement 0,15 kg avant introduction des dé
chets dans la grille pour combustion. Dans ce cas, le
conhustible restant imbrûlé est réduit à i,9 %, le
rappor de l'air en excès à 1,5, la perte de chaleur
du gaz brûlé à 1 J. Malus les autres conditions sont
les mêmes que pour le type A. L'énergie calorifique
disponible pour le cycle de génération de vapeur
devient 3,7 J.De plus, la température du gaz de
combustion peut atteindre 13200C, et le rendement
thermique du cycle de vapeur devient 36 %. L'énergie
électrique pouvant être produite par un kg de déchets
humides devient 0,3847 XWH. Dans le cas d'un inciné
rateur dans lequel on traite quotidiennement 600 dol
lars de déchets, la puissance électrique produite
sera d'environ 9620 KW et, après avoir soustrait de
cette valeur une consommation de puissance électrique
de 320 KW pour l'agitation dans le séchoir 107, la
puissance électrique nette produite sera 9300 KW.

(Remarque : la puissance électrique concernant le
ventilateur 132 est négligeable).

B+S1: Même processus que pour le type B, sauf toutefois
qu'on adopte en outre l'étape supplémentaire de sé
chage des déchets par le gaz de combustion à haute
température Le fonctionnement à l'intérieur de
l'incinérateur est le même que dans le type A+S1.

Dans ce cas, l'énergie calorifique disponible pour
le cycle de génération de vapeur pouvant être produi
te par un kg de déchets humides est 4,7 J. Dans le
cas d'un incinérateur dans lequel -on traite quoti
diennement 600 dollars de déchets, la puissance
électrique nette -produite sera 11860 KW.

A+s1+S 2: Même processus que pour le type A+S1, sauf toute
fois qu'on adopte en outre l'étape supplémentaire de
pré-chauffage, par utilisation du gaz de combustion
à haute température , de l'air devant être utilisé
pour soutenir la combustion des déchets pour porter
sa température de 2000C à 450 C. Dans ce cas, le
combustible restant imbrûlé sera réduit à environ
zéro, alors que les autres conditions restent les
mêmes que pour le type A+s . Dans cette situation,
l'énergie calorifique disponible pour le cycle de
génération de vapeur est 3,8 J, la température du
gaz de combustion atteint 14550C, et le rendement
thermique pour le cycle de vapeur est environ 41 %.

Dans le cas d'un incinérateur où l'on traite quoti
diennement 600 dollars de déchets, l'énergie élec
trique productible est d'environ 1125 KW et apres
avoir soustrait de cette vapeur une consommation en
puissance électrique de 320 KW pour l'agitation dans
le séchoir 107 ainsi qu'une consommation en puissan
ce électrique de 120 KW pour l'étape supplémentaire
de pré-chauffage de l'air par utilisation du gaz de
combustion (y compris la puissance électrique de 100
KW nécessaire au ventilateur d'air et la puissance
électrique de 20 KW nécessaire au ventilateur de gaz
de combustion), la puissance électrique nette pou
vant être obtenue devient 10810 KW.

D-+S1+ S2 : Même processus que pour le type B+S1, sauf toute
fois qu'on adopte l'étape supplémentaire de pré
chauffage, par l'utilisation de gaz de combustion à
haute température, de l'air devant être utilisé pour
soutenir la combustion des déchets. Dans ce cas, le
fonctionnement à l'intérieur de l'incinérateur est
le même que pour le type A+S1+S2. Mais la vapeur
produite par l'énergie solaire est utilisée comme
source de chaleur pour le séchoir. Dans cette situa
tion, l'énergie calorifique disponible pour le cycle
de génération de vapeur , qui est produite à partir
d'un kg de déchets humides, est 4,8 J. Par consé
quent, dans le cas d'un incinérateur dans lequel on
traite quotidiennement 600 dollars de déchets, la
puissance électrique nette pouvant être obtenue de
vient 13730 KW.

A+S1+S2+S3 : Même processus que pour le type A+Sl+S2,sauf
toutefois qu'on adopte l'étape supplementaire de
pré-chauffage des déchets humides et froids par
utilisation du gaz brûlé. Le gaz brûlé donne son
énergie calorifique résiduelle aux déchets humi
des et froids jusqu'à ce que sa température soit
tombée à une valeur inférieure à 800C, puis les
déchets humides sont soumis à un traitement clas
sique, tel que le recueil électrostatique des
poussières, l'absorption des gaz nocifs et analo
gue, et finalement il y a évacuation dans l'atmos
phère par passage dans la cheminée. Ainsi, une éner
gie calorifique supplémentaire d'environ 0,5 J
peut être encore récupérée. Dans ce cas, l'énergie
calorifique disponible pour le cycle de génération
de vapeur devient 4,3 J.La puissance électrique
pouvant être produite est d'environ 12850 KW, et,
après avoir soustrait de cette valeur la consomma
tion en énergie électrique de 320 KW pour l'agita
tion dans le séchoir 107, et de 120 KW pour le
pré-chauffage de l'air par le gaz de combustion, et
de 340 KW pour le pré-chauffage des déchets humides
froids par le gaz brûlé perdu (y compris 160 KW
pour la commande du pré-chauffeur de déchets 101
du type rotatif et 180 KW pour le ventilateur
100), la puissance électrique nette pouvant être
obtenue est 1207 KW.

B+S1+S2+S3 : Même processus que pour le type B+Sl+S2,sauf
toutefois qu'on adopte l'étape supplémentaire de
pré-chauffage des déchets humides et froids par
l'utilisation du gaz brûlé perdu. Dans ce cas,
l'énergie calorifique disponible pour le cycle de
production de vapeur devient 5,3 J, la puissance
électrique pouvant être produite est d'environ
15770 KW et, après avoir soustrait de cette valeur
la consommation totale en puissance électrique de
3,1 J pour les étapes supplémentaires, la puis
sance électrique nette pouvant être obtenue est de 14990 KW.

La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Procédé perfectionne pour obtenir de l'éner- gie calorifique convertible en énergie mécanique dans un processus d'incinération de déchets humides dans un incinérateur, caractérisé en ce que les déchets humides, qui ont été soumis à un pré-traitement tels qu'un-broyage et une séparation magnétique sont introduits dans un séchoir (107) à agitation continue où ils sont agités et, par ailleurs, séchés par une source de chaleur avant leur introduction dans un incinérateur (136) pour brûlage.

2 - Procédé selon la revendication l,caractérise en ce que la source de chaleur est la vapeur qui s'évapore des déchets humides en soi lorsque ces derniers sont séchés dans le séchoir (107) à agitation continue laquelle est ensuite soumise à une compression thermique (125) de la vapeur à haute- pression provenant de la chaudière ou à une compression, et ensuite renvoyée au séchoir pour servir de source de chaleur pour le séchage des déchets humides.

3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les déchets sont pré-chauffés dans un préchauffaur (lOl)de déchets par du gaz brûle avant d'être introduits dans le séchoir à agitation continue (107) pour y être ensuite séchés.

4 - Proédé selon la revendication 2,caractérisé en ce que les déchets sont séchés par le gaz de combustion à haute temperature après introduction dans l1inciné- rateur (136), et avant leur chute par gravité sur la grille (137) de l'incinérateur pour y être brûlés.

5 - Procédé selon la revendication 2,caractérisé en ce que l'air devant être utilisé pour soutenir la combustion des déchets est pré-chauffé (154) par le gaz de combustion à haute température à l'intérieur de l'inciné- rateur avant de venir en contact avec les déchets à brûler.

6 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les déchets sont chauffés par le gaz de combustion à haute température apres leur introduction dans l'incinérateur (136) et avant leur chute par gravité sur la grille (137) de l'incinérateur pour y être brûlés.

7 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'air devant être utilisé pour soutenir la combustion des déchets est pré-chauffé (154) par le gaz de combustion à haute température à l'intérieur de l'inciné- rateur avant de venir en contact avec les déchets à brûler.

8 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'air devant être utilisé pour soutenir la combustion des déchets est pré-chauffé par le gaz de combustion à haute température à l'intérieur de l'incinérateur (154) avant de venir en contact avec les déchets à brûler.

9 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'air devant être utilisé pour soutenir la combustion des déchets est pré-chauffé par le gaz de combustion à haute température à l'intérieur de l'incinérateur (154) avant de venir en contact avec les déchets à brûler.

10 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de chaleur est la vapeur qui provient d'un générateur de vapeur par énergie solaire (figure 3).

11 Procédé selon la revendication lO,caractérisé en ce que les déchets sont pré-chauffés dans un préchauffeur (1O1)de déchets par du gaz brûlé avant d'être introduits dans le séchoir (107) à agitation continue pour y être de nouveau séchés.

12 - Procédé selon la revendication lO,caracte- risé en ce que les déchets sont séchés par le gaz de combustion à haute température après introduction dans 1'incinérateur (136) et avant leur chute par gravité sur la grille (137) de l'incinérateur pour y être brûlés.

13 - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'air devant être utilisé pour soutenir la combustion des déchets est pré-chauffé par le gaz de combustion à haute température a l'intérieur de l'inci nérateur avant de venir en contact avec les déchets à brûler.

14 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les déchets sont chauffés par les gaz de combustion à haute température après introduction dans l'incinérateur et avant chute par gravité sur la grille de l'incinérateur par combustion.

15 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'air devant être utilisé pour soutenir la combustion des déchets est pré-chauffé par le gaz de combustion à haute température à l'intérieur de l'incinérateur avant d'être en contact avec des déchets à brûler.

16 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'air devant être utilisé pour soutenir la combustion des déchets est pré-chauffé par -le gaz de combustion à haute température à l'intérieur de l'inciné- rateur avant de venir en contact avec les déchets à brûler.

17 - Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'air devant être utilisé pour soutenir la combustion des déchets est pré-chauffé par le gaz de combustion à haute température à l'intérieur de l'inciné- rateur avant de venir en contact avec les déchets à brûler.

18 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de chaleur est la vapeur qui est extraite d'un étage approprié d'une turbine à vapeur (142).

19 - Procédé selon la revendication 18,caractérisé en ce que les déchets sont pré-chauffés dans un préchauffeur (101) de déchets par du gaz brûlé avant d'être introduits dans le séchoir (107) à agitation continue pour y être de nouveau séchés.

20 - Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que les déchets sont chauffés par le gaz de combustion à haute température après leur introduction dans 1 'incinérateur (136) et avant leur chute par gravité sur la grille (137) de l'incinérateur pour combustion.

21 - Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'air devant être utilisé pour soutenir la combustion des déchets est pré-chauffé par le gaz de combustion à haute température à l'intérieur de 1 'incinérateur avant de venir en contact avec les déchets à brûler.

22 - Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que les déchets sont chauffés par le gaz de combustion à haute température après leur introduction dans 1 'incinérateur (136) et avant leur chute par gravité sur la gr-ille (137) de l'incinérateur pour combustion.

23 - Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'air deant être utilisé pour soutenir la combustion des déchets est pré-chauffé par le gaz de combustion à haute température à l'intérieur de l'incinéra teur avant de venir en contact avec les déchets à brûler.

24 - Procédé selon la revendication 20, caracterisé en ce que l'air devant être utilise pour soutenir la combustion des déchets est pré-chauffe par le gaz de combustion à haute température à l'intérieur de l'incinérateur avant de venir en contact avec les déchets à brûler.

25 - Procédé selon la revendication 22 caractérisé en ce que l'air devant être utilisé pour soutenir la combustion des déchets est pré-chauffé par le gaz de combustion à haute température à l'intérieur de l'incinérateur avant de venir en contact avec les déchets à brûler.

26 - Dispositif perfectionné pour obtenir de l'énergie calorifique convertible en énergie mécanique à partir d'un processus d'incinération de déchets humides dans un incinérateur (137) caractérisé en ce qu'il comprend les moyens suivants

A. un moyen (107) de séchage de déchets comportant ::

(a) un pré-chauffeur (101) de déchets, qui est

monté en amont de l'entrée de l'incinera-

teur (137) pour mélanger directement le gaz

brûlé aux déchets humides de façon que ces

derniers puissent être pré-chauffés par le

gaz;

(b) un premier convoyeur à vis (106) qui est

monté en aval du pré-chauffeur de déchets;;

(c) un séchoir (107) à agitation continue mon

té en aval du convoyeur à vis, comprenant

une chemise (109) de vapeur pour chauffage

et des lames (108) pour agitation, et dans

lequel de la vapeur, obtenue par un premier

chauffage des déchets contenant de l'humi

dite, puis par compression thermique de la

vapeur s'évaporant des déchets, est renvo

yée au séchoir pour servir de source prin

cipale de chaleur, et de la vapeur provenant

d'un générateur -à énergie solaire (figure

3), et/ou d'une turbine à vapeur (142) est

également utilisée comme source de cha

leur pour le séchoir;

(d) un second convoyeur à vis (113), qui est

monte en aval du séchoir à agitation conti

nue;;

(e) un convoyeur (130) fermé et isolé monté

entre le second convoyeur à vis et l'entrée

(131) de déchets de l'incinérateur;

(f) une chambre de séchage (133) dans laquelle

une multiplicité de plaques (134) sont mon

tées entre l'entrée (131) de déchets de

1'incinérateur et une grille (137) dans la

chambre de combustion, les déchets se dé

plaçant vers le bas sous l'effet de la

gravité à travers la chambre de séchage

étant séchés par le gaz de combustion à

haute température qui est amené à s'éle

ver par un ventilateur (161) de gaz de

combustion;

B. un moyen d'alimentation en air, comportant

(a) un ventilateur (153);

(b) un premier pré-chauffeur d'air (154) dans

lequel du gaz brûlé est utilisé pour le

pré-chauffage de l'air;;

(c) un second pré-chauffeur d'air (156) dans

lequel la chaleur résiduelle de la cendre

est utilisée pour le pré-chauffage de

l'air; et

(d) un troisième pré-chauffeur d'air (159)

dans lequel le gaz de combustion à haute

température est utilisé pour le pré-chauf

fage de l'air;

C. un moyen de fourniture d'énergie calorifique

pour le séchoir à agitation continue, compor tant

(a) un moyen de pressurisation (125) qui est

employé pour pressuriser la vapeur qui

s'évapore des déchets contenant de l'humi

dité pendant leur chauffage par utilisa

tion de la vapeur introduite à partir d,

générateur de vapeur; ;

(h) un moyen d'alimentation , qui est utilisé

pour fournir la vapeur pressurisée citée

ci-dessus (125), et/ou la vapeur produi

te dans le générateur de vapeur à énergie

solaire (figure 3), et/ou la vapeur ex

traite d'une turbine à vapeur (142) pour

être introduite dans le séchoir à agita

tion continue.