FR2689213A1 - Waste material vitrification procedure - has bath in which cinders and unburned material are kept in molten state prior to vitrification by oxygen burner or plasma torch - Google Patents

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Abstract

The procedure consists of burning the waste in a furnace at a temperature of 100 - 1300 deg. C, sensing cinders and unburned material to a bath (10) where they are kept in a molten state by an oxygen burner or plasma torch maintaining a temperature of 1500 - 1700 deg.C. The procedure is carried out in an installation comprising a furnace (1) with a charging zone (2) for the waste material, an air intake (5), and smoke and fumes outlet (8), and a zone (6) for discharging cinders and unburned material, connected to the bath (10) in which the material is kept in the molten state by an oxygen burner (12). The bath is situated below the level of the furnace and is linked via an overflow (11) to a trough of water (13) in which the molten material is vitrified. ADVANTAGE - ensures that cinders and unburned material are kept in molten state without wasting heat.

Description

Procédé et installation de vitrification de déchets.Waste vitrification process and installation.

La présente invention est relative aux procédés et aux installations de vitrification de déchets comportant notamment des proportions importantes de produits difficiles à détruire par simple combustion. The present invention relates to methods and installations for vitrifying waste comprising in particular large proportions of products which are difficult to destroy by simple combustion.

Il reste ainsi des résidus contenant des imbrûlés souvent dangereux ou qui nécessitent du moins un stockage dans des conditions de sécurité dit de classe I. There thus remain residues containing unburnt often dangerous or which require at least storage in safety conditions called class I.

Une solution, pour supprimer tout imbrûlé, consiste à monter les cendres en température jusqu'à les fondre et à les vitrifier, ce qui rend les résidus de la combustion complètement inertes. Mais il faut pour cela atteindre des températures élevées et dépenser beaucoup d'énergie. One solution, to remove any unburnt, consists in raising the ashes in temperature until they melt and vitrify them, which makes the combustion residues completely inert. But this requires reaching high temperatures and spending a lot of energy.

L'invention pallie ces inconvénients en permettant de porter les déchets, industriels ou domestiques, aux températures nécessaires pour qu'il ne reste plus dtimbrûles, tout en dépensant aussi peu d'énergie que possible. The invention overcomes these drawbacks by allowing the industrial or domestic waste to be brought to the temperatures necessary so that no more burnt remains, while consuming as little energy as possible.

Le procédé de vitrification de déchets suivant l'invention consiste à les brûler dans un four à une température de 1000 à 13000C environ, pour obtenir des fumées et des cendres et imbrûlés. Le procédé consiste à envoyer les cendres et imbrûlés dans un bain de cendres et imbrûlés maintenu à l'état fondu par la chaleur dégagée par un brûleur à oxygène ou par une torche plasma. The waste vitrification process according to the invention consists in burning them in an oven at a temperature of approximately 1000 to 13000C, to obtain smoke and ash and unburnt. The method consists in sending the ashes and unburnt into an ash and unburnt bath maintained in the molten state by the heat given off by an oxygen burner or by a plasma torch.

En recourant à un brûleur à oxygène, c'est-à-dire à un brûleur alimenté en fluide combustible et, comme comburant, en un air enrichi en oxygène et contenant par exemple jusqu'à 40 % et, de préférence, de 10 à 30 % en volume d'oxygène, ou à une torche à plasma on parvient à obtenir des températures du bain supérieures à 1500 0C et notamment comprises entre 1500 et 18000C qui suffisent à faire fondre quelque déchet habituel que ce soit. By using an oxygen burner, that is to say a burner supplied with combustible fluid and, as oxidizer, in air enriched in oxygen and containing for example up to 40% and, preferably, from 10 to 30% by volume of oxygen, or with a plasma torch, we manage to obtain bath temperatures above 1500 0C and in particular between 1500 and 18000C which are sufficient to melt any usual waste whatsoever.

Le bain de cendres et imbrûlés, qui est donc porté par exemple à une température d'au moins 1700"C, permet d'emmagasiner de la chaleur fournie par le brûleur et de transmettre cette chaleur par conduction, d'une manière très efficace, aux déchets qui tombent dans le bain. La masse calorifique du bain et l'inertie thermique du four permettent d'amortir les différences de quantités de chaleur nécessitées par la composition et par l'arrivée variables des déchets dans le bain. En outre, ce bain présente une surface relativement grande à laquelle la chaleur rayonnée par le brûleur est transmise d'une manière très efficace, notamment lorsque celui-ci est disposé de façon que sa flamme s'étende à proximité de la surface du bain. The ash and unburnt bath, which is therefore brought for example to a temperature of at least 1700 "C, makes it possible to store the heat supplied by the burner and to transmit this heat by conduction, in a very efficient manner, to the waste falling into the bath. The heat mass of the bath and the thermal inertia of the oven make it possible to absorb the differences in the amounts of heat required by the composition and by the variable arrival of the waste in the bath. bath has a relatively large area to which the heat radiated by the burner is transmitted in a very efficient way, especially when the latter is arranged so that its flame extends near the surface of the bath.

La flamme du brûleur est, de préférence, de grande dimension et a une énergie de rayonnement très importante, ce qui permet à la chaleur de bien se propager jusqu a la grande surface libre du bain. on préfère le brûleur à oxygène à la torche à plasma, parce que sa flamme rayonne. The burner flame is preferably large and has a very high radiation energy, which allows the heat to propagate well to the large free surface of the bath. the oxygen burner is preferred to the plasma torch because its flame radiates.

Comme fluide combustible, on peut utiliser notamment du gaz de raffinerie, du gaz naturel, des hydrocarbures, comme le méthane, le propane et le butane, du gaz de ville, du gaz de cokerie ou un liquide combustible pulvérisé, tel que du kérosène, du fioul, de l'essence et, avantageusement, un déchet combustible liquide ou gazeux. As combustible fluid, refinery gas, natural gas, hydrocarbons, such as methane, propane and butane, town gas, coke oven gas or a pulverized combustible liquid, such as kerosene, can be used in particular. fuel oil, petrol and, advantageously, liquid or gaseous combustible waste.

L'invention vise également une installation de vitrification de déchets comprenant un four ayant une zone de chargement des déchets, une entrée d'insufflation d'air, une sortie de dégagement des fumées et une zone de déchargement des cendres et imbrûlés. La zone de déchargement des cendres et imbrûlés communique avec une poche de réception d'un bain munie d'un brûleur à oxygène destiné à maintenir le bain à l'état fondu. De préférence, on imprime au courant d'alimentation en oxygène du brûleur une rotation de manière à obtenir une flamme plus étalée. The invention also relates to a waste vitrification installation comprising an oven having a waste loading zone, an air blowing inlet, a smoke release outlet and an ash and unburnt discharge zone. The area for discharging ash and unburnt materials communicates with a pocket for receiving a bath provided with an oxygen burner intended to keep the bath in the molten state. Preferably, the oxygen supply current of the burner is given a rotation so as to obtain a more spread flame.

Suivant un mode de réalisation préféré, la poche est en contrebas du four et celui-ci peut comporter, dans la zone de déchargement, un plan incliné raccordé à la poche. il suffit alors de pousser les déchets dans la zone de leur chargement pour les repousser peu à peu, après qu'ils ont subi une première combustion, sur le plan incliné qu'ils dévalent d'eux-mêmes pour tomber dans le bain. Mais les déchets peuvent aussi tomber directement, sans passage sur un plan incliné, du four dans la poche. According to a preferred embodiment, the pocket is below the oven and the latter may comprise, in the unloading zone, an inclined plane connected to the pocket. it then suffices to push the waste into the zone of its loading to push it little by little, after they have undergone a first combustion, on the inclined plane which they roll down by themselves to fall into the bath. But waste can also fall directly, without passing over an inclined plane, from the oven into the pocket.

Pour que l'installation fonctionne automatiquement, il est en outre prévu que le bain déborde par un trop-plein dans un bassin d'eau. La quantité du bain est ainsi limitée automatiquement et les cendres et imbrûlés fondus sont vitrifiés, comme il est habituel. Pour éviter toute solidification du bain, à proximité du trop-plein, le brûleur est disposé plus près du trop-plein que du four. Le tropplein sert aussi d'obstacle de sorte que les déchets ne passent pas directement dans le bassin. In order for the installation to operate automatically, it is also planned that the bath overflows through an overflow in a water basin. The quantity of the bath is thus automatically limited and the ashes and unburnt molten are vitrified, as is usual. To avoid solidification of the bath, near the overflow, the burner is arranged closer to the overflow than to the oven. The overflow also serves as an obstacle so that the waste does not pass directly into the basin.

Suivant un mode de réalisation particulièrement préféré, l'installation comprend des moyens de détermination de la quantité de chaleur à apporter par le brûleur, par exemple un indicateur du débit d'entrée des déchets ou, de préférence, une sonde de la température du bain, de préférence une sonde pyrométrique. Il est prévu un circuit de commande du dispositif d'alimentation du brûleur, en fonction du signal émis par les moyens de détermination de la quantité de chaleur à apporter par le brûleur. Le dispositif d'alimentation est du type imprimant une rotation au courant d'alimentation pour obtenir une flamme plus étalée. On pourrait aussi prévoir à cet effet plusieurs brûleurs disposés en des emplacements différents de manière que leurs flammes équivalent à une seule flamme de grande surface de rayonnement.Grâce à la stabilisation de la température des cendres par l'effet tampon du bain et à la possibilité de commander le dispositif d'alimentation du brûleur, il est possible de piloter l'apport d'énergie calorifique d'une manière correspondant exactement à ce qui est nécessaire pour faire brûler les imbrûlés sans exces d'apport d'énergie calorifique. According to a particularly preferred embodiment, the installation comprises means for determining the amount of heat to be supplied by the burner, for example an indicator of the waste inlet flow rate or, preferably, a temperature sensor of the bath. , preferably a pyrometric probe. There is provided a control circuit for the burner supply device, as a function of the signal emitted by the means for determining the amount of heat to be supplied by the burner. The supply device is of the type which rotates the supply current to obtain a more spread flame. Several burners could also be provided for this purpose, arranged in different locations so that their flames are equivalent to a single flame with a large radiation surface. Thanks to the stabilization of the temperature of the ash by the buffer effect of the bath and the possibility of to control the burner supply device, it is possible to control the supply of heat energy in a manner corresponding exactly to what is necessary to burn the unburnt without excess heat supply.

Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple
La figure unique est un schéma d'une installation de vitrification suivant l'invention.In the accompanying drawing, given only by way of example
The single figure is a diagram of a vitrification installation according to the invention.

Le four est constitué d'une carcasse 1 en matériau réfractaire qui définit essentiellement les zones suivantes
A. Une zone de chargement 2 constituée d'un sas, pour éviter
les entrées d'air froid et munie d'un poussoir non
représenté, permettant d'introduire les déchets dans la
zone 3 suivante.The oven consists of a carcass 1 of refractory material which essentially defines the following zones
A. A loading area 2 consisting of an airlock, to avoid
cold air inlets and fitted with a non-push button
shown, allowing waste to be introduced into the
next zone 3.

B. Cette zone 3 d'avance permet de canaliser les déchets,
lors des enfournements.B. This zone 3 in advance allows waste to be channeled,
in the oven.

C. Une zone de combustion 4 munie de buses 5 d'injection
d'air et d'un brûleur d'allumage (non représenté).C. A combustion zone 4 provided with injection nozzles 5
air and an ignition burner (not shown).

D. Une zone de fusion 6 délimitée par un plan incliné 7
raccordé au bas de la zone 4 du four.D. A fusion zone 6 delimited by an inclined plane 7
connected to the bottom of zone 4 of the oven.

E. Les fumées provenant de la combustion, dans la zone 4 et
dans la zone 6, sortent par une sortie 8 de dégagement
des fumées, dans laquelle elles se mélangent avant de
passer dans une zone 9 de post-combustion oû est injecté,
si nécessaire, de l'air secondaire nécessaire à
l'oxydation et à la destruction complète des carbones des
matières organiques et des diverses molécules subsistant
encore et susceptibles de provoquer des nuisances.E. Fumes from combustion in zone 4 and
in zone 6, exit via an exit 8 for clearance
fumes, in which they mix before
pass into a post-combustion zone 9 where is injected,
if necessary, secondary air required to
oxidation and complete destruction of the carbon
organic matter and various molecules remaining
again and likely to cause nuisance.

Le bas du plan incliné 7 délimite une poche 10 munie d'un trop-plein 11. Un brûleur 12 à oxygène ou une torche à plasma dirige sa flamme à proximité de la surface libre du bain de cendres et d'imbrûlés contenus dans la poche. Ce bain déborde du trop-plein 11 et tombe dans un bassin 13 empli d'eau oû le magma fondu se fractionne en petits morceaux vitrifiés sous l'effet du choc thermique brutal. Un extracteur 14 retire en permanence ces éléments vitrifiés. The bottom of the inclined plane 7 delimits a pocket 10 provided with an overflow 11. An oxygen burner 12 or a plasma torch directs its flame near the free surface of the bath of ash and unburnt matter contained in the pocket . This bath overflows from the overflow 11 and falls into a basin 13 filled with water where the molten magma breaks up into small vitrified pieces under the effect of the brutal thermal shock. An extractor 14 permanently removes these vitrified elements.

Une sonde pyrométrique de température 15 détecte la température du bain contenu dans la poche 10 et, par un circuit électrique de commande 16, le dispositif 17 d'alimentation en air à 25 % d'oxygène du brûleur 12. A pyrometric temperature probe 15 detects the temperature of the bath contained in the bag 10 and, by an electrical control circuit 16, the device 17 for supplying air with 25% oxygen to the burner 12.

Lorsque les déchets ont un pouvoir calorifique inférieur trop bas, on peut leur ajouter un produit combustible avant de les introduire dans le four, ou bien assurer un apport complémentaire d'énergie grâce au brûleur situé dans la zone de combustion 4.  When the waste has too low a lower calorific value, a combustible product can be added to it before introducing it into the furnace, or else provide additional energy thanks to the burner located in the combustion zone 4.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Procédé de vitrification de déchets en les brûlant dans un four à une température de 1000 à 13000C environ pour obtenir des fumées et des cendres et imbrûlés, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer les cendres et imbrûlés dans un bain de cendres et imbrûlés maintenus à l'état fondu par la chaleur dégagée par un brûleur à oxygène ou par une torche à plasma. 1. A method of vitrifying waste by burning it in an oven at a temperature of approximately 1000 to 13000C to obtain smoke and ash and unburnt, characterized in that it consists in sending the ashes and unburnt in an ash bath and unburned maintained in the molten state by the heat given off by an oxygen burner or by a plasma torch. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la température du bain est maintenue à au moins 15000C et, de préférence, à au moins 17000C.  2. Method according to claim 1, characterized in that the bath temperature is maintained at least 15000C and, preferably, at least 17000C. 3. Installation de vitrification de déchets, comprenant un four (1) ayant une zone de chargement (2) des déchets, une entrée (5) d'insufflation d'air, une sortie de dégagement (8) des fumées et une zone de déchargement (6) des cendres et imbrûlés, caractérisée en ce que la zone de déchargement (6) des cendres et imbrûlés communique avec une poche (10) de réception d'un bain munie d'un brûleur (12) à oxygène destiné à maintenir le bain à l'état fondu. 3. Installation for vitrification of waste, comprising an oven (1) having a loading zone (2) for waste, an inlet (5) for blowing air, a discharge outlet (8) for smoke and a zone for unloading (6) of ash and unburnt material, characterized in that the unloading area (6) of ash and unburnt material communicates with a pocket (10) for receiving a bath provided with an oxygen burner (12) intended to maintain the bath in the molten state. 4. Installation de vitrification suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le brûleur (12) est disposé de manière que sa flamme s'étende à proximité de la surface du bain. 4. Vitrification installation according to claim 3, characterized in that the burner (12) is arranged so that its flame extends near the surface of the bath. 5. Installation de vitrification suivant l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que la poche (10) est en contrebas du four(1).  5. Vitrification installation according to one of claims 3 or 4, characterized in that the pocket (10) is below the oven (1). 6. Installation de vitrification suivant lune des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que le bain déborde par un trop-plein (11) dans une cuve d'eau (13). 6. Vitrification installation according to one of claims 3 or 4, characterized in that the bath overflows by an overflow (11) in a water tank (13). 7. Installation de vitrification suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le brûleur (12) est plus près du trop-plein (11) que du four (1). 7. Vitrification installation according to claim 6, characterized in that the burner (12) is closer to the overflow (11) than to the oven (1). 8. Installation suivant l'une des revendications 3 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de détermination (15) de la quantité de chaleur à apporter par le brûleur (2), et un circuit de commande (16, 17) du dispositif d'alimentation (21, 22) du brûleur (12), en fonction du signal émis par lesdits moyens de détermination (15).  8. Installation according to one of claims 3 to 7, characterized in that it comprises means for determining (15) the amount of heat to be supplied by the burner (2), and a control circuit (16, 17 ) of the supply device (21, 22) of the burner (12), as a function of the signal emitted by said determination means (15). 9. Installation de vitrification suivant l'une des revendications 3 à 8, caractérisée en ce que le dispositif d'alimentation du brûleur est du type imprimant une rotation au courant d'alimentation. 9. Vitrification installation according to one of claims 3 to 8, characterized in that the burner supply device is of the type imparting rotation to the supply current. 10. Installation de vitrification suivant l'une des revendications 3 à 9, caractérisée par plusieurs brûleurs disposés en des emplacements différents, de manière que leurs flammes équivalent à une seule flamme de grande surface de rayonnement.  10. Vitrification installation according to one of claims 3 to 9, characterized by several burners arranged in different locations, so that their flames equivalent to a single flame of large radiation area.
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