FR2788588A1 - Procede et dispositif d'incineration de gaz polluant - Google Patents

Abstract

Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication d'incinérateurs.La présente invention a pour objet un procédé d'incinération de gaz polluant et un dispositif pour sa mise en oeuvre.L'incinérateur (1) de gaz polluant comporte une chambre d'incinération munie d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie pour être traversée par le gaz polluant, et comporte un brûleur (5) à gaz; la chambre d'incinération est divisée en une chambre (6) de mélange et en une chambre (7) de séjour qui prolonge la chambre de mélange, la section transversale de la chambre de mélange étant inférieure à la section transversale de la chambre de séjour; le brûleur comporte une pluralité d'orifices injecteurs de combustible répartis dans une section d'entrée des gaz polluants dans ladite chambre de mélange.

Description

Procédé et dispositif d'incinération de gaz polluant La présente invention

a pour objet un procédé d'incinération de

gaz polluant et un dispositif pour sa mise en oeuvre.

Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication

d 'incinérateurs.

La demande de brevet EP-A-854 323 (Entreprise Générale de Chauffage Industriel Pillard) décrit un dispositif d'incinération de particules organiques polluantes combustibles présentes dans l'air, telles o10 que des particules de composés organiques volatils (COV), par combustion de l'air chargé des particules dans une chambre de combustion équipée d'un brûleur constitué par un injecteur de combustible d'appoint; cet incinérateur est destiné à porter l'air chargé de particules à haute température pendant 0,5 à 2 secondes pour réaliser une oxydation totale des particules polluantes avant leur rejet dans l'atmosphère; la chambre de combustion comporte une enceinte entourant le foyer, un orifice d'évacuation des fumées de combustion, une arrivée d'air à contre- courant de la direction de sortie des fumées, suivant une inclinaison radiale ou tangentielle, contre les parois de l'enceinte entourant le foyer, à une vitesse de l'ordre de 40 mètres par seconde. Bien que ce dispositif présente certains avantages, l'objet de la présente invention est de proposer un incinérateur de gaz chargé de composés polluants combustibles et un procédé d'incinération de ce gaz,

qui soient améliorés.

Il a en effet été constaté que la plupart des incinérateurs connus réalisent une dégradation incomplète des composés polluants; il en résulte qu'une quantité importante de ces composés est rejetée dans l'atmosphère. Ces inconvénients ont été constates notamment sur des installations d'incinération comportant un brûleur constitué par une ou plusieurs rampes à gaz, qui est disposé dans la veine d'un conduit o circule le(s) gaz polluant(s); le débit gazeux de comburant chargé de COV à incinérer pouvant aller jusqu'à plusieurs dizaines de milliers de m3 par heure, nécessite des gaines dans lesquelles une perte de charge importante occasionnée par un dispositif pour réaliser la destruction

thermique n'est pas souhaitable, car consommatrice d'énergie.

L'utilisation pure et simple de brûleurs à gaz ordinaires " in duct ", sans dispositions ni précautions particulières conduit à des inconvénients majeurs: - la flamme du combustible auxiliaire est concentrée dans chaque zone constituant la " traînée " de chaque rampe de brûleur; de ce fait, o10 les parties de veine de comburant chargé en COV s'écoulant loin des rampes sont peu chauffées par les flammes produites par la rampe, et risquent d'être mal mélangées et de conserver un taux d'imbrûlés important; afin de pallier ce défaut, on peut augmenter le temps de séjour des gaz dans une chambre située en aval du brûleur, mais ceci conduit à surdimensionner cette chambre; - la vitesse du comburant autour des rampes est faible, dans le but de réduire la perte de charge au minimum, de réduire les risques d'instabilité de flammes, et de réduire le bruit de combustion; cette vitesse faible résulte en ce que certaines parties de la veine de gaz sont peu chauffées, tandis que d'autres parties de la veine de gaz sont portées à température beaucoup plus élevée - une certaine compensation de ces défauts est recherchée par l'effet de la chambre située en aval du brûleur, dont le volume est néanmoins limité par la place effectivement disponible; ce type d'incinérateur fonctionne donc dans des conditions inefficaces du fait

des hétérogénéités de température dans sa section d'entrée.

De plus, cette chambre est très souvent réalisée en parois dites " refroidies ", c'est-à-dire non isolées thermiquement et servant à réchauffer l'air chargé de COV avant son entrée dans le brûleur pour réduire le coût de l'échangeur récupérateur; ces parois d'échange, relativement froides provoquent un refroidissement de la zone périphérique de la veine de gaz, ce qui empêche ou limite la réaction d'oxydation des couches de comburant périphériques s'écoulant à leur proximité, ce qui augmente donc la proportion de particules polluantes imbrûlées. L'objectif de la présente invention est de remédier aux inconvénients des procédés et dispositifs connus d'incinération de gaz polluant(s). Un objectif de l'invention est de proposer une installation compacte et dont la forme peut facilement être adaptée à chaque cas d'implantation. Conformément à un premier aspect de l'invention, la chambre d'incinération qui est munie d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie pour être traversée par le courant de gaz polluant à dégrader (transporté par un conduit), et qui comporte un brûleur à gaz disposé à proximité dudit orifice d'entrée, est telle que: - elle est divisée en une première partie dite chambre de mélange, qui est isolée pour être sensiblement adiabatique et en une deuxième partie dite chambre de séjour également isolée pour être sensiblement adiabatique, et qui prolonge (par référence à la direction d'écoulement des gaz) la chambre de mélange, la section (transversale) de passage des gaz dans la chambre de mélange étant inférieure à la section (transversale) de passage des gaz dans la chambre de séjour, et - le brûleur comporte une pluralité d'orifices (en particulier de l'ordre de 20 à 500) ou injecteurs de combustible gazeux qui sont sensiblement régulièrement répartis dans une section du conduit d'entrée des gaz polluants (et/ou dans la section d'entrée de ladite chambre de mélange); ces orifices sont prévus (disposés) sur plusieurs rampes de préférence sensiblement régulièrement espacées et disposées parallèlement; de préférence les rampes sont espacées entre elles et par rapport aux parois (9) du conduit entourant le brûleur, d'une distance voisine de la largeur des rampes, c'est-à-dire telle que le rapport de ladite distance à ladite largeur est situé dans une plage allant de 0,1 à 2, ce qui permet de délimiter des espaces de faible largeur pour le passage du gaz polluant entre les rampes, de telle façon que le gaz polluant est

mis en contact avec les flammes dès son passage entre les rampes.

les orifices ou injecteurs disposés à la périphérie de la section du conduit sont ainsi distants des parois (respectivement les plus proches)

du conduit d'une distance sensiblement constante.

La configuration particulière de la chambre d'incinération et du brûleur entraîne la création, dans la chambre de mélange, d'une pluralité de flammes de forme, dimension et température sensiblement identiques, qui sont régulièrement réparties dans toute la section transversale de la chambre de mélange, et qui se rejoignent (se chevauchent) en aval des rampes du brûleur et à faible distance de ces rampes; il en résulte que les gaz polluants servant de comburant sont portés, par passage au travers du brûleur et dans la chambre de mélange, a une vitesse et une température qui sont d'une part élevées mais surtout, d'autre part, homogènes dans toute la section transversale de

sortie de la chambre de mélange.

L'espacement faible et régulier des rampes provoque d'une part une accélération des gaz polluants dans la section d'entrée contenant les rampes, d'autre part la création d'une zone (de flamme) à température élevée et homogène permettant la dégradation thermique des gaz

polluants dès leur passage entre les rampes.

On assure en outre, de préférence, un écoulement nettement turbulent dans la chambre de mélange; de préférence, on maintient une vitesse de passage des gaz au moins égale à 40 mètres par seconde dans le brûleur et au moins égale à 10 mètres par seconde dans la chambre de mélange. Selon des modes préférés de réalisation - la section d'entrée des gaz polluants dans la chambre de mélange est de forme circulaire, la paroi interne du conduit comportant des saillies permettant d'obtenir un espace périphérique de largeur sensiblement constante entre les rampes rectilignes et la paroi courbe (circulaire); - la chambre de mélange a une section droite circulaire carrée ou rectangulaire alors que la chambre de séjour est de préférence de section sensiblement circulaire, et l'axe de la chambre de mélange est situé dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de la chambre de séjour, de façon à provoquer une introduction sensiblement tangentielle dans la chambre de séjour des gaz provenant de la chambre de mélange, pour favoriser un " remplissage " complet et homogène de la chambre de5 séjour, un mouvement tangentiel tourbillonnaire intense conduisant à favoriser le maintien d'une température homogène dans toute la chambre de séjour, pour favoriser la dégradation de la totalité du courant gazeux a incinérer; - une partie de gaine comprenant un dispositif améliorant l'homogénéité de répartition d'air pollué, est disposée en amont du brûleur; la chambre de mélange est cylindrique, de section circulaire, carrée ou rectangulaire; la chambre de séjour est de révolution et comporte une partie centrale cylindrique de section circulaire et deux parties d'extrémités limitées par des parois (fonds) bombées ou planes;15 - le rapport de la section (ou le volume) de la chambre de séjour à la section (respectivement le volume) de la chambre de mélange est supérieur ou égal à 1,5, en particulier de l'ordre de 2 à 9, pour obtenir une vitesse des gaz plus faible dans la chambre de séjour que dans la chambre de mélange; - la longueur de la chambre de mélange est choisie pour que le temps de passage des gaz polluants dans cette chambre soit compris entre 0,1 seconde et 0,3 seconde (soit pour une vitesse de 10 mètres par seconde, une longueur de 1 à 3 mètres); - chaque rampe de brûleur comporte 'F un tube d'alimentation percé de trous, éventuellement muni d'injecteurs, pour produire des jets de gaz combustible, OF un stabilisateur de flammes comportant deux ailes formant dé flecteur, F une tuyère convergente-divergente associée à chaque trou, disposée coaxialement et en aval de celui-ci, F un orifice d'aspiration du gaz polluant comburant par la tuyère, qui est de préférence disposé dans un plan parallèle ou peu incliné par rapport à la direction du gaz polluant comburant, de façon à être peu ou pas sensible aux variations de vitesse (ou de débit) du courant de gaz polluant, ce qui favorise un fonctionnement stable du brûleur, F le cas échéant un élément sensiblement tubulaire entourant partiellement au moins le tube d'alimentation en gaz combustible, délimitant avec celui-ci un conduit de section annulaire pour le transport d'un gaz (en particulier de l'air) de refroidissement du tube d'alimentation, permettant de limiter l'échauffement du combustible et d'éviter, dans les rampes du brûleur, la cokéfaction (ou dégradation thermique) du gaz combustible par le gaz polluant; En d'autres termes et selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé d'incinération de gaz polluants, en particulier d'air chargé de COV, dans lequel:15 - on met en contact le gaz polluant servant de comburant avec une pluralité de flammes produites par une pluralité d'orifices d'injection de combustible gazeux, qui sont disposés à l'entrée d'une chambre dite de mélange, sensiblement régulièrement dans toute la section d'entrée, les trajectoires du gaz polluant étant toujours très rapprochées des20 flammes, - on provoque un écoulement turbulent des gaz dans la zone des flammes et/ou dans la chambre de mélange, afin d'obtenir en sortie de la chambre de mélange un profil homogène de température au moins égale à 700 C, ce qui favorise la poursuite de la dégradation thermique des particules polluantes dans une chambre de séjour disposée à la suite de la chambre de mélange,

quelle que soit la forme et la disposition de cette chambre de séjour.

L'invention a notamment pour résultat et pour avantage que, pour contrôler de façon continue ou discontinue le bon fonctionnement de l'incinérateur, il suffit de mesurer le profil des températures régnant à la sortie de la chambre de mélange: un profil " plat " correspondant à des températures de valeur voisine (et suffisamment élevée) dans toute la section de sortie de cette chambre permet de s'assurer d'un taux

suffisant de dégradation des composés polluants.

Selon un autre aspect, l'invention consiste à proposer un échangeur thermique récupérateur multitubulaire pour préchauffer le gaz polluant avant son incinération par les gaz résultant de la combustion, lequel échangeur comporte: - une enveloppe ou calandre étanche (aux gaz brûlés) cylindrique, d'axe longitudinal, à l'intérieur de laquelle peuvent circuler les gaz brûlés, - une pluralité de tubes à l'intérieur desquels peut circuler le gaz polluant à (ré)chauffer, lesquels tubes s'étendent à l'intérieur de l'enveloppe, - une partie centrale de l'enceinte délimitée par l'enveloppe étant dénuée de tubes pour permettre le passage d'un homme (pour faciliter le nettoyage et/ou l'inspection de la surface externe des tubes), - un orifice d'entrée et un orifice de sortie des gaz brûlés qui sont de préférence disposés selon l'axe longitudinal dans le prolongement de ladite partie centrale dénuée de tubes, - au moins une chicane de guidage des gaz brûlés qui s'étend en

travers de la partie centrale de l'enceinte et qui comporte de préférence une partie démontable pour permettre le passage d'un homme.

Lesdits tubes dudit échangeur peuvent être incurvés afin que les contraintes mécaniques résultant de leur dilatation soient diminuées par leur capacité augmentée de déformation résultant de cette courbure; ladite enveloppe peut comporter des moyens (tels qu'un soufflet) élastiques permettant son allongement sous l'effet des forces résultant

de la dilatation des tubes et/ou de sa propre dilatation.

Les extrémités des tubes peuvent être fixées (soudées ou serties) sur deux plaques tubulaires planes parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe longitudinal, s'étendant respectivement à chacune des deux extrémités longitudinales de l'enveloppe; chacun des tubes communique avec une chambre d'entrée et une chambre de sortie de gaz polluant, respectivement prévues à chacune des deux extrémités longitudinales de l'échangeur, chacune des chambres d'entrée et de sortie étant de préférence munie d'un panneau ou trappe de visite permettant l'introduction dans chacun des tubes d'un outil de nettoyage. La chambre de sortie de gaz polluants réchauffés de l'échangeur est raccordée à une extrémité d'un conduit de transport de gaz polluant qui est disposé extérieurement à la chambre d'incinération; de préférence, le corps de l'échangeur est lié à la chambre d'incinération par un court tronçon tubulaire de circulation (d'entrée) de gaz brûlés l0 qui est de préférence muni d'une bride de montage, l'axe longitudinal de l'échangeur étant coaxial ou perpendiculaire à l'axe longitudinal de

la chambre de séjour.

Les avantages procurés par l'invention seront compris au travers

de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés, qui

illustrent sans aucun caractère limitatif des modes préférentiels de

réalisation de l'invention.

Dans les dessins, les éléments identiques ou similaires portent,

sauf indication contraire, les mêmes références d'une figure à l'autre.

La figure 1 illustre en vue en coupe longitudinale schématique

partielle un incinérateur selon l'invention.

La figure 2 illustre en vue en coupe transversale schématique un brûleur à gaz à cinq rampes pour un incinérateur selon l'invention, et

est une vue selon II-II de la figure 1.

La figure 3 illustre en vue en coupe transversale une rampe tubulaire d'un mode de réalisation préféré d'un brûleur à gaz équipant un incinérateur selon l'invention, et est une vue selon III-III de la figure 2. Les figures 4 et 9 illustrent en vue en coupe longitudinale schématique deux modes préférés de réalisation d'un échangeur

réchauffeur récupérateur équipant un incinérateur selon l'invention.

Les figures 5 et 6 illustrent un mode de réalisation d'une chambre de mélange et d'un brûleur selon l'invention; la figure 5 est une vue en coupe transversale selon V-V de la figure 6; la figure 6 est une vue en

coupe longitudinale selon VI-VI de la figure 5.

La figure 7 illustre en vue en coupe transversale schématique un brûleur à cinq rampes disposé dans un conduit de section circulaire dont les parois sont munies d'obstacles déflecteurs proéminents. La figure 8 illustre en vue en coupe longitudinale schématique la partie de l'incinérateur comportant le brûleur, la chambre de mélange et

la chambre de séjour.

La figure 10 illustre en vue latérale schématique la configuration

o10 générale de l'incinérateur.

La figure 11 illustre un conduit de transport de gaz polluants

chauds muni d'un dispositif empêchant un retour de flamme.

La figure 12 illustre schématiquement en vue en coupe

transversale une paroi en tôle à double isolation.

Les figures 13 et 14 illustrent schématiquement en vue en perspective partielle deux variantes préférées de disposition des tubes de transport de gaz polluant constituant le faisceau multitubulaire d'un

échangeur récupérateur destiné à un incinérateur selon l'invention.

Par référence à la figure 10, l'incinérateur 1 est destiné à brûler des gaz chargés de composés combustibles polluants, tels que par exemple des vapeurs d'ateliers de peinture ou d'industries chimiques; les gaz polluants sont aspirés selon la flèche 11 par un ventilateur 12 qui refoule les gaz à brûler dans une chambre 13 d'entrée d'un échangeur 14 prévu pour préchauffer les gaz polluants avant leur incinération, à l'aide de la chaleur des gaz de combustion résultant de cette incinération; les gaz polluants collectés dans la chambre 13 sont réchauffés en circulant dans une pluralité de tubes 15 identiques s'étendant parallèlement à l'axe 18 de l'échangeur 14, jusqu'à une chambre de sortie 16 o ils sont collectés pour être ensuite dirigés par l'intermédiaire d'un conduit 17 de transport, jusqu'à l'entrée de la partie d'incinération de l'incinérateur qui est essentiellement constituée par un brûleur 5 à gaz, suivi d'une chambre 6 de mélange et de combustion des gaz polluants, qui est elle-même suivie d'une chambre 7 de plus grand volume, de post-combustion, dite de séjour, qui est isolée thermiquement de l'extérieur pour permettre, avec la chambre 6, le séjour des gaz polluants à une température suffisante pour assurer leur dégradation thermique; les gaz résultant de cette combustion5 s'échappent de la chambre 7 selon la flèche 20 pour rentrer dans l'échangeur 14 de chaleur et y réchauffer les gaz polluants aspirés selon la flèche 11, par passage dans la calandre de l'échangeur, à l'extérieur des tubes 15; les gaz résultant de la combustion s'échappent de l'échangeur 14 selon la flèche 21, pénètrent dans un échangeur additionnel 19 pouvant servir à récupérer la chaleur résiduelle des gaz de combustion pour le chauffage d'eau par exemple, puis ces gaz sont évacués par l'intermédiaire d'un conduit 22 jusqu'à une cheminée 23 au

sortir de laquelle ils sont rejetés dans l'atmosphère.

Par référence à la figure 11, le conduit 17 de transport des gaz polluants à incinérer (qui ont été préalablement réchauffés par l'échangeur récupérateur et sont ainsi portés à une température par exemple de l'ordre de 400 C) de la chambre 16 de sortie de l'échangeur jusqu'au brûleur 5 (qui comme représenté figure 10 est disposé à l'extérieur des chambres 6 et 7 de mélange, de combustion et de séjour des gaz brûlés), est isolé thermiquement par une couche d'un matériau isolant 25 et est muni sur une partie au moins de sa longueur d'une pluralité de parois tubulaires de section circulaire 26 s'étendant selon l'axe 24 du conduit 17, qui sont suffisamment rapprochées les unes des autres pour empêcher un retour de flamme du brûleur en amont de celui- ci (par référence au sens d'écoulement des gaz dans l'incinérateur), même si la concentration en COV venait à s accroître accidentellement, du fait de la vitesse élevée de l'air chargé de COV ainsi créée, ainsi que

du fait de l'effet de proximité.

Par référence à la figure 1, le conduit 17 de transport des gaz polluants selon la flèche 33 comporte ensuite une partie coudée munie de déflecteurs 27 disposés de façon à favoriser un guidage homogène dans la partie coudée du flux de gaz pour leur distribution de façon homogène et à réaliser une section constante jusqu'au brûleur 5 afin que Il la vitesse de l'air pollué continue à être maintenue sensiblement constante à une valeur suffisamment élevée afin que tout risque de retour de flamme soit évité, même si la concentration en COV venait à s'accroître accidentellement. Des guides rectilignes 28 sont également prévus dans le conduit 17 après le coude; une grille 32 facilite également l'homogénéisation du flux avant son entrée dans la partie coudée à la sortie de laquelle est disposée le brûleur 5, afin de favoriser

une répartition homogène de l'air pollué dans le brûleur.

Comme illustré schématiquement figure 1, la plus grande dimension (par exemple le diamètre 31) de la chambre 7 de séjour, est supérieure à la plus grande dimension (telle que le diamètre 30) de la chambre de mélange dans laquelle est provoquée conformément à l'invention, une élévation de température homogène pour l'ensemble du

flux gazeux transporté par le conduit 17 et traversant le brûleur 5.

Les chambres 6 et 7 sont ici cylindriques et coaxiales d'axe longitudinal 34, et forment ensemble une chambre d'incinération des gaz polluants, permettant un temps de séjour des gaz à haute

température pendant une durée de l'ordre de 1 à 2 secondes.

Par référence aux figures 2 et 5 à 7, le brûleur 5 est essentiellement constitué par des rampes 35 tubulaires d'axe 36 horizontal, chacune munie d'une pluralité d'orifices injecteurs 8 par lesquels s'échappe un courant de gaz combustible délivré aux rampes

par un conduit 39 d'alimentation (figure 5).

Les extrémités longitudinales des rampes 35 illustrées figures 2 et 5 communiquent avec des rampes verticales 37 d'axe longitudinal 38, qui sont elles aussi munies d'une pluralité d'orifices 8 d'injection de gaz combustible. Comme illustré figures 2 et 5 particulièrement, dans le cas o le brûleur 5 est disposé dans un conduit de section carrée ou rectangulaire, la périphérie des rampes tubulaires rectilignes 35 et 37 est disposée à une distance 10 constante, par exemple voisine de 5 centimètres, de la face interne 9 des parois du conduit recevant le brûleur; les rampes horizontales 35 sont mutuellement espacées d'une distance 40 (de préférence identique entre chaque paire de rampes adjacentes) dont la valeur est voisine du double de la valeur de la distance 10, c'est-à-dire par exemple voisine de 10 centimètres, et est du même ordre de grandeur que la largeur 60 des rampes du brûleur; les orifices 8 étant régulièrement disposés le long des rampes tubulaires 35, 37, on obtient une disposition sensiblement homogène des orifices 8 dans toute la section du conduit recevant le brûleur, pour la formation de flammes s'étendant dans toute la section du conduit en aval du brûleur et permettant une élévation de température homogène pour toutes les parties de la veine des gaz polluants qui passent dans les espaces 51 laissés libres entre les rampes du brûleur dans la partie centrale de la veine, ainsi qu'entre la périphérie des rampes de brûleurs et la surface

interne 9 des parois du conduit recevant le brûleur.

Dans le cas illustré figure 7 o le conduit recevant le brûleur est de section circulaire, on peut utiliser des rampes 35 d'axe 36 parallèles et de préférence coplanaires, comme illustré sur cette figure, qui sont régulièrement espacées afin de permettre un échauffement homogène de la veine de gaz polluant les traversant; en outre, à cet effet, des obstacles ou déflecteurs 41 sont prévus sur une partie de la surface périphérique interne 9 du conduit, afin de permettre un mélange intime de l'ensemble de la veine de gaz polluant passant au travers des rampes

du brûleur et servant de comburant, dès le passage de ces rampes.

Comme illustré figures 5 et 6 en particulier, le brûleur peut être disposé dans un conduit de section carrée, dont les parois intérieures 42

sont revêtues d'un matériau réfractaire 43.

Dans le mode de réalisation illustré figures 5 et 6, la chambre 6 de mélange et de combustion des gaz polluants a une longueur 44 de deux mètres et la longueur 45 des côtés de la section est de 600 millimètres environ, cette chambre permettant le traitement d'un débit de gaz polluants voisin de 5 000 m3 par heure et permettant la dégradation thermique de ceux-ci dans la chambre 6, la température des gaz résultant de la combustion en sortie 46 de la chambre 6 étant voisine de 700 C à

800 C.

La rampe 35 de brûleur illustrée figure 3 comporte un tube 61 d'axe 36 disposé transversalement dans le conduit o circule l'air chargé de COV, dans le sens indiqué par les flèches 67, et un stabilisateur 64 de flamme solidaire du tube 61 et disposé à l'avant de celui-ci.5 Le tube 61 est relié à une source de gaz combustible sous pression et est percé de trous calibrés 62 qui sont prolongés par un tube injecteur 63 d'axe 74, par lesquels des jets de gaz combustible sont émis vers l'aval, dans une direction parallèle à la direction d'écoulement du gaz à incinérer (flèches 67).10 Le stabilisateur comporte deux ailes divergentes 71 formant déflecteurs qui sont raccordées au tube 61 par des éléments de paroi 69 parallèles à la direction d'écoulement 67; les ailes 71 comportent à leur extrémité aval une cassure du profil permettant de les raidir. L'espace à l'avant du tube 61 est fermé par une paroi frontale formée de deux éléments de paroi convergents 72 qui délimitent, avec le tube 61, les éléments de paroi 69 et une paroi 68 reliant les parois 69, une chambre 70. Cette chambre peut être fermée aux deux extrémités de la rampe 35 par des parois perpendiculaires à l'axe 36. Des orifices 66 percés dans les éléments de paroi 69 font communiquer la chambre 70 avec l'espace 29 du conduit (17 figure 1) o circule le gaz à incinérer. Des tuyères 65 convergentes-divergentes délimitées par des parois 73 sont montées sur les éléments de paroi 72, coaxialement aux trous 62 du tube 61, les axes 74 des tuyères définissant un plan parallèle à la direction d'écoulement

de l'air à incinérer. L'ensemble est renforcé par des nervures 75.

Les éléments constitutifs du brûleur peuvent être formés d'éléments modulaires identiques soudés côte-à-côte sur le tube 61,

chaque élément modulaire étant obtenu par un moulage d'acier.

Dans les tuyères 65, l'énergie des jets de gaz combustible issus des orifices 62 est utilisée pour aspirer un certain débit de gaz comburant polluant, à travers les ouvertures 66, et réaliser un mélange inflammable qui brûle à la sortie des tuyères. Grâce à cette construction, on évite un prémélange du gaz comburant et du gaz combustible en amont de la tuyère; on supprime tout risque de combustion dans cette zone et par conséquent une surchauffe des parois de la chambre 70 et le dépôt de noir de carbone. La dépression formée par les jets de gaz combustible peut servir en outre à aspirer de l'air (non pollué et non préchauffé) circulant selon l'axe 36dans l'espace délimité par le tube 61 et la paroi 68 en forme de coquille hémi-cylindrique d'axe 36; ceci permet d'éviter (ou de limiter) le chauffage du tube 61, et par conséquent le chauffage du combustible y circulant, par les gaz polluants chauds. Grâce à la disposition des ouvertures 66 dans des plans parallèles à la direction 67 d'écoulement10 du gaz comburant (ou faiblement inclinés par rapport à cette direction), la pression dynamique du gaz comburant n'a pratiquement pas d'influence sur le taux du mélange comburant / combustible et le fonctionnement du brûleur n'est pas perturbé par les variations de

vitesse du courant de gaz comburant.

Par référence aux figures 4, 9, 13 et 14, l'enceinte 76 de l'échangeur 14, à l'intérieur de laquelle circulent les gaz de combustion entrant selon la flèche 20 et sortant selon la flèche 21, est délimitée par une paroi 77 cylindrique d'axe 18 horizontal (figure 9) ou vertical (figure 4), et par deux plaques planes 78 d'extrémité; chaque plaque 78 est percée (alésée) d'orifices dans chacun desquels est soudé (ou serti) l'extrémité longitudinale d'un tube 15 dans lequel circule le gaz polluant à réchauffer; l'échangeur 14, du type à courants croisés, comporte des plaques chicanes 79 parallèles aux plaques 78, qui dévient le courant des gaz de combustion (selon les flèches 80) pour favoriser I'échange thermique; la partie centrale de l'enceinte 76, qui s'étend selon l'axe 18 dans le prolongement des orifices (de diamètre 81) d'entrée 20 et de sortie 21 des gaz brûlés, est dénuée de tubes 15 et traversée (divisée) par des chicanes 79 dont la portion centrale est démontable; ceci permet l'accès d'un homme pénétrant à l'intérieur de l'enceinte 76 par l'orifice d'entrée ou de sortie, pour nettoyage ou injection de la surface externe des tubes 15, ainsi que des chicanes, des plaques tubulaires et du revêtement isolant prévu sur les parois 77; la disposition symétrique des tubes 15 autour (ou de part et d'autre) de la partie centrale " vide " de l'enceinte, ainsi que le cheminement 80 symétrique des gaz brûlés par rapport à l'axe 18 permet d'obtenir un échauffement selon cette symétrie, et par conséquent une dilatation des plaques et tubes selon cette symétrie, ce qui facilite la maîtrise des contraintes mécaniques résultant de ces dilatations et de leur variation d'un point à l'autre de l'échangeur; ceci est particulièrement important pour ce type d'échangeur o les gaz brûlés peuvent passer d'une température d'entrée voisine de 800 C à une température de sortie voisine de 200 C, et o corrélativement les gaz polluants circulant dans l0 les tubes peuvent passer d'une température voisine de 20 C à une

température voisine de 400 C.

La disposition coaxiale (selon l'axe 18) des orifices d'entrée 20 et

de sortie 21 des gaz brûlés facilite l'implantation de l'échangeur.

L'utilisation d'un échangeur séparable de la chambre d'incinération facilite le montage, démontage et l'entretien de l'incinérateur; à cet effet, les orifices d'entrée 20 / sortie 21 sont munis de brides 82 de liaison avec une bride (55, figure 8) équipant l'orifice de

sortie de la chambre d'incinération.

Cette structure permet en outre de limiter fortement l'échauffement direct des éléments constitutifs de l'échangeur par rayonnement des flammes se développant dans la chambre d'incinération (grâce à l'écran formé par les parois délimitant le conduit

de passage de la chambre à l'échangeur).

Les tubes 15 figure 9, 13 et 14 sont rectilignes et parallèles à l'axe 18 de l'échangeur; dans la variante illustrée figure 4, ils sont incurvés de façon identique et disposés selon une symétrie d'axe 18; la courbure des tubes, qui peut être obtenu par cintrage, facilite leur dilatation en évitant que celle-ci provoque des contraintes mécaniques excessives et facilite ainsi la résistance aux chocs thermiques; à cet effet les chicanes au travers desquelles s'étendent les tubes 15, sont munis de moyens (tels que des orifices) de support des tubes 15 qui autorisent le déplacement de ceux-ci; en outre, un joint étanche 83 déformable est de préférence prévu sur les parois 77 de l'enceinte pour autoriser un déplacement relatif (d'amplitude limitée) des plaques tubulaires 78 sous l'effet des

phénomènes de dilatation thermique.

La figure 8 illustre deux variantes préférées de configuration de la chambre d'incinération, lorsque l'axe 47 longitudinal de la chambre de séjour 7 est horizontal; selon une premiere variante illustrée en traits pleins, l'axe 34 de la chambre 6 est coaxial à l'axe 47 de la chambre 7, et l'axe 49 du conduit 48 de sortie des gaz brûlés est disposé dans un plan perpendiculaire à l'axe 47; dans une deuxième variante illustrée schématiquement en traits mixtes, l'axe 34 de la chambre 6 est o perpendiculaire à l'axe 47, tandis que l'axe 49 de l'orifice 48 de sortie est coaxial à l'axe 47; comme illustré sur cette figure, la chambre 7 est délimitée par une paroi cylindrique 51 d'axe 47 en partie centrale et par deux fonds bombés 50, 52, ces parois étant percées d'un orifice de communication avec la chambre 6 et d'un orifice de sortie des gaz

brûlés.

La figure 12 illustre une variante de l'isolation des parois dans le cas o l'air pollué contient des COV chlorés (ou halogénés). Pour éviter les risques de condensation acide, la tôle des parois est maintenue à une

température supérieure à 180 C par ajout d'une isolation extérieure.

Cette isolation peut être prévue sur les parois de l'échangeur (14), de la gaine de liaison au brûleur, de la chambre (6) de prémélange et de la

chambre (7) de séjour.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Incinérateur (1) de gaz polluant, en particulier d'air contenant des composés organiques volatils, qui comporte une chambre (2) d'incinération munie d'un orifice (3) d'entrée et d'un orifice (4) de sortie pour être traversée par le gaz polluant, et qui comporte un brûleur (5) à gaz, dans lequel: - la chambre d'incinération est divisée en une chambre (6) de mélange et en une chambre (7) de séjour qui prolonge la chambre de mélange, la section transversale de la chambre de mélange étant inférieure à la section transversale de la chambre de séjour, et - le brûleur comporte une pluralité d'orifices (8) injecteurs de combustible répartis dans une section d'entrée des gaz polluants dans ladite chambre de mélange suivant plusieurs rampes espacées entre elles et par rapport aux parois (9) du conduit entourant le brûleur, d'une distance voisine de la largeur des rampes, c'est-à-dire telle que le rapport de ladite distance à ladite largeur est situé dans une plage allant de 0,1 à 2, ce qui permet de délimiter des espaces de faible largeur pour le passage du gaz polluant entre les rampes, de telle façon que le gaz polluant est mis en contact avec les flammes dès son passage entre les

rampes.

2. Incinérateur selon la revendication 1, dans lequel la section d'entrée des gaz polluants dans la chambre de mélange est de forme circulaire, la paroi interne du conduit comportant des saillies (41) permettant d'obtenir un espace périphérique de largeur sensiblement

constante entre les rampes rectilignes et la paroi courbe (circulaire).

3. Incinérateur selon l'une quelconque des revendications 1 ou

2, dans lequel la chambre de mélange est de section sensiblement rectangulaire et la chambre de séjour est de section sensiblement circulaire, et dans lequel l'axe (34) de la chambre de mélange est situé dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe (47) de la chambre de séjour, de façon à provoquer une introduction sensiblement tangentielle

dans la chambre de séjour des gaz provenant de la chambre de mélange.

4. Incinérateur selon l'une quelconque des revendications 1 à

3, dans lequel le brûleur comporte: - un tube (61) d'alimentation percé de trous (62), éventuellement muni d'injecteurs (63), pour produire des jets de gaz combustible, - un stabilisateur de flammes comportant deux déflecteurs (64) formant déflecteur, - une tuyère (65) convergentedivergente associée à chaque trou, disposée coaxialement et en aval de celui-ci, - un orifice (66) d'aspiration du gaz polluant comburant par la tuyère, qui est de préférence disposé dans un plan parallèle ou peu incliné par rapport à la direction (67) du gaz polluant comburant, - le cas échéant un élément (68, 69) sensiblement tubulaire entourant partiellement au moins le tube (61) d'alimentation en gaz combustible, délimitant avec celui-ci un conduit (70) de transport d'un gaz de refroidissement du tube (61) d'alimentation, permettant de limiter l'échauffement et d'éviter, dans les rampes du brûleur, le cracking avec formation de carbone ou de coke du gaz combustible utilisé, par l'échauffement dû au contact avec le gaz polluant préchauffé.

5. Incinérateur selon l'une quelconque des revendications 1 à

4, dans lequel le rapport de la section de la chambre de séjour à la section de la chambre de mélange est supérieur ou égal à 1,5, et dans lequel la longueur (44) de la chambre de mélange est choisie pour que le temps de passage des gaz polluants dans cette chambre soit compris

entre 0,1 seconde et 0,3 seconde.

6. Incinérateur selon l'une quelconque des revendications 1 à

, qui comporte en outre un échangeur (14) pour chauffer le gaz polluant avant son incinération, lequel échangeur comporte: - une enveloppe ou calandre étanche cylindrique, d'axe longitudinal (xx), à l'intérieur de laquelle peuvent circuler les gaz brûlés, - une pluralité de tubes (15) à l'intérieur desquels peut circuler le gaz polluant à (ré)chauffer, lesquels tubes s'étendent à l'intérieur de l'enveloppe, - une partie centrale de l'enceinte délimitée par l'enveloppe étant dénuée de tubes,

- au moins une chicane de guidage des gaz brûlés qui s'étend en travers de la partie centrale et qui comporte une partie démontable.

7. Incinérateur selon la revendication 6, dans lequel lesdits tubes (15) dudit échangeur sont incurvés, et/ou dans lequel ladite enveloppe comporte des moyens élastiques tels qu'un soufflet permettant son allongement sous l'effet des forces résultant de la

dilatation des tubes et/ou de sa propre dilatation.

8. Incinérateur selon la revendication 7, dans lequel les extrémités des tubes sont fixées sur deux plaques tubulaires planes parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe longitudinal, s'étendant respectivement à chacune des deux extrémités longitudinales de l'enveloppe, et dans lequel chacun des tubes communique avec une chambre (13) d'entrée et une chambre (16) de sortie de gaz polluant, respectivement prévues à chacune des deux extrémités longitudinales de l'échangeur, chacune des chambres d'entrée et de sortie étant munie d'un panneau ou trappe de visite permettant l'introduction dans chacun

des tubes d'un outil de nettoyage.

9. Incinérateur selon la revendication 8, dans lequel la chambre (16) de sortie de gaz polluants de l'échangeur est raccordée à un conduit (17) de transport de gaz polluant qui est disposé extérieurement à la chambre (6, 7) d'incinération, et dans lequel le corps de l'échangeur est lié à la chambre d'incinération par un court tronçon tubulaire de circulation de gaz brûlés, l'axe longitudinal de l'échangeur étant coaxial ou perpendiculaire à l'axe longitudinal de la

chambre de séjour.

10. Incinérateur selon l'une quelconque des revendications 1 à

9, dans lequel une partie (29) de gaine comprenant un dispositif (28, 32) améliorant l'homogénéité de répartition d'air et maintenant une section constante, est disposée en amont du brûleur, et dans lequel la chambre (6) de mélange est cylindrique, de section circulaire, carrée ou rectangulaire, dans lequel la chambre (7) de séjour est de révolution et

comporte une partie centrale cylindrique de section circulaire et deux5 parties d'extrémités limitées par des parois (50, 52) bombées ou planes.

11. Procédé d'incinération de gaz polluants, en particulier d'air chargé de COV, dans lequel: -on met en contact le gaz polluant servant de comburant avec une pluralité de flammes produites par une pluralité d'orifices (8) o10 d'injection de combustible gazeux, qui sont disposés à l'entrée d'une chambre (6) dite de mélange, sensiblement régulièrement dans toute la section d'entrée, - on provoque un écoulement turbulent des gaz dans la zone des flammes et/ou dans la chambre de mélange, afin d'obtenir en sortie de la chambre de mélange un profil homogène de température au moins égale à 700 C, ce qui favorise la

poursuite de la dégradation thermique des particules polluantes dans une chambre (7) de séjour disposée à la suite de la chambre de mélange.