WO2010046549A1 - Dispositif d'εtancheite fixe de four tournant ou secheur tournant - Google Patents

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Fabrice Giroudiere
Tidjani Niass
Patrick Jamet
Willi Nastoll
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    • F27B7/20—Details, accessories or equipment specially adapted for rotary-drum furnaces
    • F27B7/22—Rotary drums; Supports therefor
    • F27B7/24—Seals between rotary and stationary parts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B1/00—Retorts
    • C10B1/10—Rotary retorts
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    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/20—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having rotating or oscillating drums
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2203/00—Furnace arrangements
    • F23G2203/20—Rotary drum furnace
    • F23G2203/212—Sealing arrangements between rotary and stationary parts

Definitions

  • the present invention relates to the field of thermolysis, and more particularly to a device for improving the sealing of a rotating apparatus such as for example a rotary kiln or rotary dryer used in a thermolysis unit.
  • Thermolysis treatment is a way of recovering solid hydrocarbon feedstocks such as household waste, automotive grinding residues, used tires, ordinary industrial waste, green waste or any other biomass. This process allows the decomposition of the waste under the effect of the temperature, without supply of oxygen, into a combustible gas phase and a solid phase also combustible. The two fuels obtained are then valorized, in particular in the form of energy and recyclable material.
  • energy must be transferred through an exchange surface.
  • Known equipment for heating by heat exchange of more or less heterogeneous solids is the furnace rotating with a double jacket in which circulates hot fumes which provide the calories necessary for the heat treatment.
  • thermolysis step is preceded by a step of drying the waste carried out in a dryer, at a lower temperature (between 110 and 300 ° C.) than that of thermolysis (350 to 700 ° C.).
  • the drying is done, typically by direct contact between drying air (charged with water vapor) and the waste.
  • Water vapor present in the drying air serves to reduce the risk of ignition of the waste in the dryer by lowering the oxygen partial pressure.
  • This water vapor is generally the result of the vaporization of the moisture of the waste itself, it is circulated around the dryer by a fan.
  • the rotating dryer is also supplied with waste by a pipe or a fixed line. In this type of rotating system, furnace or dryer treating solids and confining combustible atmospheres, it is therefore important to maintain a good seal at the junction between the rotating part and the fixed part.
  • the tube of the rotating device is large diameter on an industrial unit (between 1 and 2.5 meters in diameter) and typically rotates between 0.5 and 5 revolutions per minute.
  • a tube of large diameter which is moreover in rotation, is not a perfect cylinder, it is more or less oval.
  • the tube can be subjected to very high temperatures since, for example for a thermolysis furnace, the heating temperature of the tube is between 400 and 900 ° C., which can make the dimensions of the tube (diameter, circumference / length).
  • the increase in diameter is about 24 mm (about 75 mm circumference) when it goes from room temperature to 800 ° C.
  • the non-cylindricity of the tube also generates zones of separation of the sealing braid, this loss of contact being reflected, of course, by leaks.
  • too tight tightening of the sealing braid can prevent rotation of the tube especially when it rises in temperature, which can be very dangerous for the equipment and operation of the installation.
  • the contact pressure between the braid on the tube is not uniform over the entire circumference, it does not wear regularly and may break at the places where friction is greatest.
  • the present invention therefore aims to overcome one or more of the disadvantages of the prior art by providing a device for improving the sealing of a rotary apparatus such as for example a rotary kiln or rotary dryer used in a unit of thermolysis.
  • the present invention proposes a fixed sealing device, between a fixed system and a rotating system of a thermolysis unit, disposed on the periphery of the end of the rotating system located at the junction of said rotating system with the fixed system, constituted by a seal and controllable pressure means, of this seal on the rotating system.
  • the seal and the pressure means are attached to a fastener disposed at the end of the stationary system located at the junction with the rotating system.
  • the fixing element surrounds the fixed system with a sufficient diameter to allow the fixing of the sealing device, and bears on the end of the rotating system located at the junction with the fixed system.
  • the pressure means are formed by an annular chamber of flexible material. According to one embodiment of the invention, the pressure means are inflatable.
  • the seal is a fiberglass braid.
  • the rotating element is a rotary kiln.
  • the rotating element is a rotary dryer.
  • the fixed element is a pipe.
  • Figure 1 shows the sealing device (41, 42) according to the invention disposed at the end of the rotating system (2) located at the junction of the rotating system (2) and the fixed system (1).
  • the fixed system (1) which is a pipe or a line, opens or leaves the rotating system (2), which is an oven or a dryer. In general this system turning to the shape of a tube.
  • sealing means the property of confining gases and solids in the rotating system (2), in order to allow them to pass through the fixed system (1), and vice versa, without leakage towards the 'outside.
  • the fixed system (1) which is for example a pipe, comprises a fastening element (3), for example a flange, to which laterally (413, 423) the sealing device (41, 42) according to the invention.
  • This fastening element (3) surrounds the fixed system (1) with a sufficient diameter to allow the fixing of the sealing device, and bears on the lateral end of the rotating system (2).
  • Fixation may be temporary or permanent. It can for example be done by gluing or other techniques known to those skilled in the art as a blockage between two flanges.
  • the sealing device (41, 42) consists of a seal (42) which may be of the type of braided ceramic fiber, felt or teflon pad and pressure means (41) of the seal ( 42) against the walls (21) of the rotating system to seal.
  • the seal (42) is laterally fixed (413) to the fastening element (3) disposed on the fixed system (1).
  • This seal (42) is itself surrounded by a pressure means (41).
  • This pressure means (41) allows the seal (42) to remain perfectly pressed against the wall (21) of the rotating system (2) even during its operation.
  • the pressure means (41) is formed of an annular chamber with a wall, fixed on the seal, movable and in a flexible material which may be rubber, silicone, and withstands temperatures up to 250 ° C. C. Moreover, this pressure means (41) is protected from the heat coming from the furnace or dryer rotating by the seal (42). In general, the sealing device will be disposed at the cold ends of the furnace tube or rotary dryer.
  • the pressure means (41) may therefore consist of an inflatable air chamber or an inflatable balloon, or any other equivalent means known to those skilled in the art. This pressure means (41) is controllable.
  • This pressure means (41) surrounds the seal (42) and is laterally secured (423) to the fastener (3).
  • the pressure means (41) is optionally attached to the seal (42) so as to avoid rotation thereof. Fixation may be temporary or permanent. It can for example be done by gluing, or strapping or other techniques known to those skilled in the art.
  • the device may also comprise an anti-rotation means (51), in the form for example of a nipple (51) anti-rotation, or a pin (51) fixed to the fixing system (3).
  • This anti-rotation means (51) prevents the seal (42) from rotating with the rotary kiln or dryer (2).
  • the device may comprise several antirotation means arranged on the circumference of the fastening system (3) and spaced apart by at least 50 mm.
  • the sealing device constituted by the seal (42) and the pressure means (41) fixed to the fastening element (3), is therefore fixed and does not rotate with the rotating system.
  • the pressure means (41) thus makes it possible to keep the seal (42) plated on the entire circumference of the tube of the rotating system (2).
  • the pressure exerted by the seal (42) on the tube will be uniform over the entire circumference, even in case of imperfection as to the cylindricity of the tube.
  • the inflation pressure of the pressure means (41) it is possible to adapt to the dimensional changes of the tube during the rise and fall in temperature. By a good control of the pressure exerted at any point of the circumference by the seal, the sealing is ensured and the wear of the joint is regular and controlled.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'étanchéité fixe, entre un système fixe (1) et un système tournant (2) d'une unité de thermolyse, disposé sur le pourtour de l'extrémité du système tournant (2) située au niveau de la jonction dudit système tournant (2) avec le système fixe (1), constitué par un joint d'étanchéité et des moyens de pression, contrôlables, de ce joint d'étanchéité sur le système tournant. Le joint d'étanchéité (42) et les moyens de pression (41) étant fixés à un élément de fixation (3) disposé à l'extrémité du système fixe (1) située au niveau de la jonction avec le système tournant (2).

Description

DISPOSITIF DΕTANCHEITE FIXE DE FOUR TOURNANT OU SECHEUR TOURNANT
La présente invention concerne le domaine de la thermolyse, et plus particulièrement un dispositif permettant d'améliorer l'étanchéité d'un appareil tournant comme par exemple un four tournant ou un sécheur tournant utilisé dans une unité de thermolyse.
Le traitement par thermolyse est une voie de valorisation des charges hydrocarbonées solides telles que les ordures ménagères, les déchets de résidus de broyage automobile, les pneus usagés, les déchets industriels banals, les déchets verts ou tout autre biomasse. Ce procédé permet la décomposition du déchet sous l'effet de la température, sans apport d'oxygène, en une phase gazeuse combustible et une phase solide également combustible. Les deux combustibles obtenus sont alors valorisâmes notamment sous forme d'énergie et de matière recyclable. Pour chauffer les charges hydrocarbonées à décomposer, il faut transférer de l'énergie au travers d'une surface d'échange. Un équipement connu pour chauffer par échange thermique des solides plus ou moins hétérogènes est le four tournant avec une double enveloppe dans laquelle circule des fumées chaudes qui apportent les calories nécessaires au traitement thermique. Il n'y a bien sûr pas de mélange entre l'intérieur du tube tournant et la double enveloppe située à l'extérieur du tube. De même, l'intérieur du tube étant généralement sous atmosphère de gaz combustibles issus de la décomposition de la charge hydrocarbonée, l'équipement est conçu de manière à minimiser les fuites. L'intérieur du tube du four est généralement maintenu en légère dépression de manière à ce que les fuites résiduelles soient de l'extérieur vers l'intérieur afin d'éviter toute fuite des gaz combustibles vers l'extérieur de l'équipement. Ce four est alimenté en combustible par le biais de ligne ou conduite qui sont des éléments fixes, c'est à dire qui ne sont pas en rotation contrairement au four tournant. De la même manière l'élimination des produits de thermolyse se fait également par une ligne ou une conduite.
Généralement l'étape de thermolyse est précédée d'une étape de séchage des déchets réalisée dans un sécheur, à température plus faible (entre 110 et 3000C) que celle de thermolyse (350 à 7000C). Le séchage se fait, typiquement par contact direct entre de l'air de séchage (chargée en vapeur d'eau) et le déchet. La vapeur d'eau présente dans l'air de séchage sert à abaisser les risques d'inflammation du déchet dans le sécheur par abaissement de la pression partielle en oxygène. Cette vapeur d'eau est en générale issue de la vaporisation de l'humidité du déchet lui-même, elle est mise en circulation autour du sécheur par un ventilateur. Le sécheur tournant est lui aussi alimenté en déchets par une conduite ou une ligne fixe. Dans ce type de système tournant, four ou sécheur traitant des solides et confinant des atmosphères combustibles, il est donc important de conserver une bonne étanchéité au niveau de la jonction entre la partie tournante et la partie fixe.
Cependant, du à certaines contraintes cette étanchéité est dure a conserver. En effet, en général le tube du dispositif tournant (four ou sécheur) est de grand diamètre sur une unité industrielle (entre 1 et 2,5 mètres de diamètre) et tourne typiquement entre 0,5 et 5 tours par minute. Hors, un tube de grand diamètre, qui de plus est en rotation, n'est pas un cylindre parfait, il est plus ou moins ovale. De plus le tube peut être soumis à des températures très élevées puisque par exemple pour un four de thermolyse la température de chauffe du tube se situe entre 400 et 9000C, ce qui peut faire varier de façon importante les dimensions du tube (diamètre, circonférence / longueur). Par exemple pour un tube en acier réfractaire Z12CNS25-20 de 1 ,8 mètre de diamètre, l'augmentation de diamètre est d'environ 24mm (environ 75mm sur la circonférence) lorsqu'il passe de la température ambiante à 8000C.
Actuellement un moyen connu consiste à utiliser une tresse en fibres céramique qui, comprimées sur la circonférence du tube tournant formant par exemple le four ou le sécheur doit en assurer l'étanchéité par rapport à la partie fixe, comme par exemple une conduite. Or, la qualité de l'étanchéité dépend de la pression que la tresse exerce sur le tube en rotation. Mais cette pression obtenue par du dispositif statique n'est pas constante sur la toute la circonférence du tube et dépend de la température du tube. Lorsque le tube a subit plusieurs cycle de montée et descente en température les tresses restent plus ou moins dans la position quelles avaient lorsque le tube était dilaté au maximum et l'étanchéité n'est plus assurée. De même, lorsque l'axe de rotation du tube n'est pas concentrique avec l'axe du tube lui-même, l'étanchéité est bonne sur certaines parties de la circonférence, mais mauvaise sur Ie côté diamétralement opposé. Enfin, la non cylindricité du tube engendre également des zones de décollement de la tresse d'étanchéité, cette perte de contact se traduisant bien sûr par des fuites. Selon l'art antérieur, un serrage trop fort de la tresse d'étanchéité peut empêcher la rotation du tube notamment lorsque celui-ci monte en température, ce qui peut être très dangereux pour l'équipement et l'opération de l'installation. Par ailleurs, Ia pression de contact entre la tresse sur le tube n'étant pas uniforme sur toute la circonférence, cette dernière ne s'use pas de manière régulière et risque de rompre aux endroits ou les frottements sont les plus grands.
La présente invention a donc pour objet de palier un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif permettant d'améliorer l'étanchéité d'un appareil tournant comme par exemple un four tournant ou un sécheur tournant utilisé dans une unité de thermolyse.
Pour cela la présente invention propose un dispositif d'étanchéité fixe, entre un système fixe et un système tournant d'une unité de thermolyse, disposé sur le pourtour de l'extrémité du système tournant située au niveau de la jonction dudit système tournant avec le système fixe, constitué par un joint d'étanchéité et des moyens de pression, contrôlables, de ce joint d'étanchéité sur le système tournant.
Le joint d'étanchéité et les moyens de pression sont fixés à un élément de fixation, disposé à l'extrémité du système fixe située au niveau de la jonction avec le système tournant.
L'élément de fixation entoure le système fixe avec un diamètre suffisant pour permettre la fixation du dispositif d'étanchéité, et prend appui sur l'extrémité du système tournant située au niveau de la jonction avec le système fixe.
Les moyens de pression sont formés par une chambre annulaire en matériau souple. Selon un mode de réalisation de l'invention les moyens de pression sont gonflables.
Selon un mode de réalisation de l'invention le joint d'étanchéité est une tresse en fibre de verre.
Selon un mode de réalisation de l'invention l'élément tournant est un four tournant. Selon un mode de réalisation de l'invention l'élément tournant est un sécheur tournant. Selon un mode de réalisation de l'invention l'élément fixe est une conduite. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant à la figure annexée et donnée à titre d'exemple, représentant une coupe transversale du dispositif selon l'invention.
La figure 1 représente le dispositif d'étanchéité (41 , 42) selon l'invention disposé à l'extrémité du système tournant (2) située au niveau de la jonction du système tournant (2) et du système fixe (1 ). Le système fixe (1), qui est une conduite ou une ligne, débouche ou repart du système tournant (2), qui est un four ou un sécheur. En général ce système tournant à la forme d'un tube.
Dans le cadre de l'invention, on entend par étanchéité, la propriété de confiner des gaz et des solides dans le système tournant (2), afin de permettre leur passage dans le système fixe (1 ), et inversement, sans fuite vers l'extérieur.
Au niveau de la jonction avec le système tournant (2), le système fixe (1), qui est par exemple une conduite, comporte un élément de fixation (3), par exemple une bride, sur lequel va être fixé latéralement (413, 423) le dispositif d'étanchéité (41 , 42) selon l'invention. Cet élément de fixation (3) entoure le système fixe (1) avec un diamètre suffisant pour permettre la fixation du dispositif d'étanchéité, et prend appui sur l'extrémité latérale du système tournant (2). De cette façon le système d'étanchéité (41 , 42) est maintenu fixe par rapport au système tournant (2) en étant fixé latéralement (413, 423) à l'élément de fixation (3), et prend appui sur la paroi extérieure (21) du système tournant (2). La fixation peut-être temporaire ou définitive. Elle peut par exemple se faire par collage ou toutes autres techniques connues de l'homme du métier comme un blocage entre deux brides.
Le dispositif d'étanchéité (41 , 42) selon l'invention est constitué par un joint (42) qui peut être du type tresse en fibre de céramique, en feutre ou un patin téfloné et des moyens de pression (41) du joint (42) contre les parois (21) du système tournant pour assurer l'étanchéité.
Le joint (42), bien connue de l'homme du métier, entoure le système tournant (2) au niveau de la jonction avec le système fixe (1 ) et est plaqué contre la paroi extérieure (21) du système tournant (2). Le joint (42) est fixé latéralement (413) à l'élément de fixation (3) disposé sur le système fixe (1).
Ce joint (42) est lui même entouré par un moyen de pression (41 ). Ce moyen de pression (41) permet au joint (42) de rester parfaitement plaqué contre la paroi (21) du système tournant (2) même lors de son fonctionnement.
Le moyen de pression (41 ) est formé d'une chambre annulaire avec une paroi, fixée sur le joint, mobile et dans un matériau souple qui peut être du caoutchouc, du silicone, et résiste à des températures pouvant aller jusqu'à 2500C. De plus ce moyen de pression (41 ) est protégé de la chaleur provenant du four ou de sécheur tournant par le joint (42). De manière générale le dispositif d'étanchéité sera disposé aux extrémités froides du tube du four ou du sécheur tournant.
Le moyen de pression (41 ) peut donc être constitué d'une chambre à air gonflable ou d'un ballon gonflable, ou tout autre moyen équivalent connu de l'homme du métier. Ce moyen de pression (41) est donc contrôlable.
Ce moyen de pression (41 ) entoure le joint (42) et est fixé latéralement (423) à l'élément de fixation (3). Le moyen de pression (41 ) est éventuellement fixé au joint (42) de façon à éviter la rotation de celui-ci. La fixation peut-être temporaire ou définitive. Elle peut par exemple se faire par collage, ou par un cerclage ou toutes autres techniques connues de l'homme du métier.
Le dispositif peut également comporter un moyen anti-rotation (51 ), sous la forme par exemple d'un téton (51) anti-rotation, ou d'une pige (51) fixé au système de fixation (3). Ce moyen anti-rotation (51) empêche le joint (42) de tourner avec le four ou le sécheur tournant (2). De manière préférée le dispositif peut comporter plusieurs moyens antirotation disposés sur la circonférence du système de fixation (3) et espacés entre eux d'au moins 50 mm.
Le dispositif d'étanchéité, constitué par le joint d'étanchéité (42) et les moyens de pression (41) fixés à l'élément de fixation (3), est donc fixe et ne tourne pas avec le système tournant. Le moyen de pression (41 ) permet ainsi de maintenir le joint (42) plaqué sur toute la circonférence du tube du système tournant (2). Ainsi, la pression exercée par le joint (42) sur le tube sera uniforme sur toute la circonférence, même en cas d'imperfection quant à la cylindricité du tube. De plus, par un contrôle de la pression de gonflage du moyen de pression (41), il est possible de s'adapter aux changements dimensionnels du tube lors des montées et descente en température. Par un bon contrôle de la pression exercée en tout point de la circonférence par le joint, l'étanchéité est assurée et l'usure du joint est régulière et maîtrisée.
Il doit être évident pour l'homme du métier que la présente invention n'est pas limitée aux détails de structure donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes équivalentes sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications jointes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'étanchéité fixe, entre un système fixe (1 ) et un système tournant (2) d'une unité de thermolyse, disposé sur le pourtour de l'extrémité du système tournant (2) située au niveau de la jonction dudit système tournant (2) avec le système fixe (1), constitué par un joint d'étanchéité et des moyens de pression (41 ) contrôlables formés par une chambre annulaire en matériau souple, de ce joint d'étanchéité sur le système tournant.
2. Dispositif d'étanchéité selon la revendication 1 dans lequel le joint d'étanchéité (42) et les moyens de pression (41) sont fixés à un élément de fixation (3), disposé à l'extrémité du système fixe (1) située au niveau de la jonction avec le système tournant (2).
3. Dispositif d'étanchéité selon une des revendications 1 à 2 dans lequel l'élément de fixation (3) entoure le système fixe (.1 ) avec un diamètre suffisant pour permettre la fixation du dispositif d'étanchéité, et prend appui sur l'extrémité du système tournant (2) située au niveau de la jonction avec le système fixe (1 ).
4. Dispositif d'étanchéité selon une des revendications 1 à 3 dans lequel les moyens de pression (41) sont gonflables.
5. Dispositif d'étanchéité selon une des revendications 1 à 4 dans lequel le joint (42) d'étanchéité est une tresse en fibre de verre.
6. Dispositif d'étanchéité selon une des revendications 1 à 5 dans lequel l'élément tournant (2) est un four tournant.
7. Dispositif d'étanchéité selon une des revendications 1 à 6 dans lequel l'élément tournant (2) est un sécheur tournant.
8. Dispositif d'étanchéité selon une des revendications 1 à 7 dans lequel l'élément fixe (1) est une conduite.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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SU393559A1 (ru) * 1971-11-09 1973-08-10 Уплотнение вращающейся печи

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