DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001] L'invention concerne un rouleau pour grille de four à combustion et/ou à incinération,
et notamment pour l'incinération de déchets.
[0002] L'invention concerne également un four d'incinération et l'utilisation d'un tel four.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
[0003] Les rouleaux pour four à combustion et/ou à incinération sont bien connus dans l'art
antérieur. Couramment, les rouleaux sont composés d'une ossature métallique cylindrique
sur laquelle des barreaux sont disposés afin de former une surface de support des
déchets. Des fentes annulaires sont formées de manière à permettre le passage de l'air
comburant au travers du rouleau. Des rouleaux de ce type sont notamment décrits dans
le document
EP 0 124 826.
[0004] Toutefois, les barreaux sur lesquels reposent les déchets sont soumis à des contraintes
thermiques très sévères en raison du niveau élevé des températures régnant dans la
zone de combustion et des écarts de température importants entre les échauffements
dus au rayonnement et au contact des matières en combustion et le refroidissement
provenant du soufflage d'air comburant. Ces contraintes thermiques importantes provoquent
des dilatations et des contractions de la matière constitutive des barreaux entraînant
des variations dimensionnelles et décalages entre les barreaux et rendant ainsi possible
des phénomènes de passage de mâchefer ou de coulée de métal entre les barreaux. En
outre, l'air passant au travers des rouleaux n'est alors plus réparti convenablement.
[0005] Ainsi, la durée de vie des barreaux se trouve réduite car ils doivent être changés
régulièrement afin d'éviter les inconvénients précédemment mentionnés.
[0006] Par ailleurs, les grilles équipées de tels rouleaux ne permettent d'exploiter que
partiellement le pouvoir calorifique des déchets. En effet, afin de limiter les contraintes
thermiques exercées sur les barreaux, la température régnant dans le foyer du four
est limitée de sorte que la combustion de certains déchets reste incomplète.
[0007] Afin de résoudre ces problèmes, il est connu de munir les rouleaux d'un dispositif
de refroidissement permettant de maintenir les barreaux à une température restreinte.
[0008] Le document
US 5 042 401 décrit un rouleau possédant des barreaux longitudinaux creux formant la surface extérieure
de support des déchets et permettant le passage d'un fluide de refroidissement. Les
barreaux sont alimentés en parallèle au moyen d'un dispositif de répartition du flux
disposé à une extrémité dudit rouleau. Cependant, dans ce cas, les barreaux subissent
des déformations importantes liées à une exposition « tout ou rien » dans le foyer
du four d'incinération. En outre, en raison de cette disposition des barreaux et des
risques de déformation, les risques de blocage des rouleaux par les zones de transit
situées entre deux rouleaux adjacents et/ou de chutes de mâchefer au niveau de ces
zones de transit sont importants.
[0009] Le document
GB 251 849 décrit un rouleau composé d'un tube central cylindrique à l'intérieur duquel circule
un fluide de refroidissement et autour duquel sont disposés des barreaux incurvés
formant des anneaux autour dudit tube central. Toutefois, le circuit de refroidissement
ne permet de refroidir que de façon médiocre la surface des barreaux réellement en
contact avec les produits à incinérer et les contraintes thermiques appliquées sur
les barreaux ne sont que faiblement diminuées.
[0010] Par ailleurs, la demande de brevet
FR 2908180 non publiée, déposée par le demandeur décrit des rouleaux comprenant une ossature,
une surface de support montée autour de l'ossature et formée par un conduit de passage
d'un fluide de refroidissement formant un enroulement hélicoïdal autour de l'axe longitudinal
du rouleau. Ainsi, la forme particulière du conduit de passage du fluide de refroidissement
permet d'assurer un refroidissement uniforme de la surface de support. En outre, la
forme de l'enroulement permet de purger l'air présent dans le conduit lors de la rotation
du rouleau.
[0011] Toutefois, la fabrication et l'installation sur le rouleau d'un conduit de forme
hélicoïdale sont relativement complexes.
[0012] En outre, en raison de sa disposition hélicoïdale, le conduit de passage du circuit
de refroidissement subit malgré tout des déformations dégradant sa durée de vie.
OBJET DE L'INVENTION
[0013] L'invention vise à remédier à ces problèmes en proposant un rouleau pour grille de
four résistant aux conditions de température régnant dans le four, afin de limiter
les opérations de maintenance et permettre l'incinération des déchets à des températures
élevées de manière à obtenir une combustion complète des déchets, et dont la fabrication,
la maintenance et le montage sont simples.
[0014] À cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un rouleau pour grille
de four, destiné à être monté en rotation dans le foyer dudit four autour d'un axe
A longitudinal audit rouleau, comprenant :
- une ossature formant une cage cylindrique ;
- une surface de support du combustible, montée autour de ladite ossature et pourvue
de moyens de passage du gaz comburant au travers du rouleau, ladite surface de support
étant formée par au moins une surface d'un conduit permettant le passage d'un fluide
de refroidissement.
Le rouleau est remarquable en ce que le conduit de passage du fluide de refroidissement
comprend :
- une série d'anneaux creux, coaxiaux à l'axe A, répartis sur la longueur dudit rouleau,
comprenant chacun une entrée et une sortie de fluide ; et
- des pontages raccordant la sortie de fluide d'un anneau à l'entrée de fluide de l'anneau
suivant, afin de former un circuit de passage du fluide de refroidissement enroulé
autour de ladite ossature.
[0015] Ainsi, la fabrication et le montage des rouleaux selon l'invention sont relativement
aisés car le conduit permettant le passage du refroidissement est composé d'anneaux
plus simples à réaliser et à monter que des spires.
[0016] En outre, la forme particulière du conduit de passage du fluide de refroidissement
permet également d'assurer le refroidissement uniforme de la surface de support des
combustibles.
[0017] De plus, l'orientation annulaire du conduit permet de limiter les dilatations et
contractions. Par conséquent, la surface de support du combustible n'est soumise qu'à
des légères dilatations et/ou contractions lors de la rotation du rouleau et ses expositions
successives au foyer de combustion et, à la zone de soufflage de l'air comburant.
Ainsi, les variations dimensionnelles des moyens de passage du gaz comburant sont
limitées.
[0018] Avantageusement, les pontages inter anneaux sont fixés à l'ossature.
[0019] Avantageusement, l'ossature porte au moins une plaque longitudinale d'assemblage
des entrées et des sorties de fluide des anneaux aux pontages.
[0020] Avantageusement, les pontages sont des tubulures en U.
[0021] Avantageusement, les entrées et les sorties de fluide de refroidissement des anneaux
sont agencées de telle sorte que le fluide de refroidissement circule dans un même
sens dans chacun des anneaux.
[0022] Avantageusement, les pontages s'étendent dans un plan incliné d'un angle compris
entre 0 et 90 ° par rapport au plan des anneaux.
[0023] Dans un mode de réalisation préféré, les anneaux comprennent une pluralité d'éléments
sectoriels périphériques communiquant via des raccords internes. Par conséquent, le
montage des anneaux, ainsi que l'accès à l'intérieur du rouleau pour des opérations
de maintenance et le changement des éléments sont des opérations simples.
[0024] Avantageusement, les raccordements sont fixés à l'ossature.
[0025] L'ossature porte des plaques longitudinales d'assemblage des extrémités des éléments
sectoriels périphériques aux raccords internes.
[0026] Avantageusement, les raccords sont des tubulures en U.
[0027] Avantageusement, les anneaux sont constitués de six éléments sectoriels.
[0028] Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un four de combustion et/ou d'incinération
comprenant une pluralité de rouleaux selon le premier aspect de l'invention.
[0029] Enfin, selon un troisième aspect, l'invention concerne l'utilisation d'un four de
combustion selon le deuxième aspect de l'invention, dans lequel on entraîne en rotation
au moins un rouleau autour de son axe longitudinal A dans un sens z et on alimente
le conduit de passage du fluide de refroidissement de sorte que le fluide de refroidissement
se déplace dans un sens w autour de l'ossature, inversé par rapport à z.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0030] D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description
qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'un rouleau selon l'invention, en coupe longitudinale,
implanté dans un four;
- la figure 2 est une vue schématique des tubes coaxiaux d'alimentation et d'évacuation
du circuit de passage du fluide de refroidissement ;
- la figure 3 est une vue schématique partielle en coupe longitudinale d'un rouleau
selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue schématique d'un plaque longitudinale d'assemblage des entrées
et des sorties de fluide des anneaux aux pontages ;
- la figure 5 est une vue schématique d'une plaque longitudinale d'assemblage des extrémités
des éléments sectoriels périphérique aux raccords internes ;
- la figure 6 est une vue en coupe transversale d'un raccord interne ;
- la figure 7 est une vue en coupe selon le plan VII-VII de la figure 6 ;
- la figure 8 est une vue de dessus des extrémités jointives de deux éléments sectoriels
périphériques ;
- la figure 9a est une vue en coupe selon le plan IX a-IX a de la figure 3 ;
- la figure 9b est une vue en coupe selon le plan IX b-IX b de la figure 3 ;
- la figure 10 est une vue en coupe selon le plan X-X de la figure 12, illustrant un
raccord interne ;
- la figure 11 est une vue en coupe selon le plan XI-XI de la figure 13, illustrant
un pontage ;
- la figure 12 est une vue de dessus d'une plaque longitudinale d'assemblage des extrémités
des éléments sectoriels périphérique aux raccords internes ;
- la figure 13 est une vue de dessus d'une plaque longitudinale d'assemblage des entrées
et des sorties de fluide des anneaux aux pontages ;
- la figure 14 est une vue schématique détaillée de la fixation des éléments sectoriels
périphériques à une plaque longitudinale ;
- la figure 15 est une vue de dessus de l'extrémité d'un élément sectoriel périphérique
;
- la figure 16 est une vue en coupe selon le plan XVI-XVI de la figure 15 ; et
- la figure 17 représente le dispositif de double étanchéité tournant pour l'alimentation
et l'évacuation du fluide de refroidissement ; et
- la figure 18 est une vue partielle en couple longitudinale d'un rouleau selon l'invention.
EXEMPLE DE RÉALISATION
[0031] Le four d'incinération et/ou de combustion de déchets, illustré sur la figure 1,
est équipé de plusieurs rouleaux 1 selon l'invention. Les rouleaux 1 sont agencés
en cascade et entraînés en rotation à des vitesses relativement faibles, de 0, 5 à
3 tours/heure environ, autour d'axes horizontaux A, parallèles afin de permettre l'avancée
des déchets dans le four. Dans la pratique, les grilles comportent environ 6 rouleaux
d'environ 1 mètre 50 de diamètre. Les rouleaux se succèdent dans la direction de déplacement
du combustible, selon une pente descendante α d'environ 15°.
[0032] Un rouleau comprend une ossature creuse 2, métallique, formant une cage cylindrique
et une surface de support 4 de combustible montée autour de ladite ossature 2.
[0033] A chaque extrémité de l'ossature 2, un arbre 14a, 14b fait saillie vers l'extérieur
de l'ossature 2 et est monté dans des paliers 15a, 15b disposés de part et d'autre
du foyer du four. Un système d'entraînement 16 coopère avec un des arbres 2b afin
d'entraîner le rouleau 1 en rotation. Afin d'assurer la rigidité du rouleau 1, l'ossature
2 est, en outre, pourvue d'une âme centrale 16 s'étendant longitudinalement entre
les deux extrémités de ladite ossature 2. Ainsi, la flèche maximale de l'ossature
2 est faible. L'ossature 2 est creuse et permet le passage d'un gaz comburant au travers
du rouleau 1.
[0034] De manière avantageuse, l'ossature 2 pourra être équipée d'aubages fixes, non représentés,
soudés sur l'âme centrale 16, permettant d'assurer une répartition homogène du gaz
comburant au travers du rouleau 1 et l'attisage des déchets dans la zone de transit
entre les rouleaux 1.
[0035] La surface de support du combustible 4 comporte des moyens permettant le passage
du gaz comburant au travers du rouleau. Ainsi, en fonctionnement, pour l'entretien
de la combustion, un gaz comburant, tel que de l'air, est soufflé sensiblement verticalement
au travers des rouleaux 1 (flèche y).
[0036] Selon l'invention, la surface de support 4 est formée par un conduit 3 permettant
le passage d'un fluide de refroidissement, de l'eau par exemple. Le conduit 3 comprend
une pluralité d'anneaux 6 creux, coaxiaux à l'axe A, répartis sur la longueur dudit
rouleau 1, comprenant chacun une entrée 7 et une sortie 8 de fluide, et des pontages
9, inter anneaux, raccordant de manière étanche la sortie de fluide 8 d'un anneau
6 à l'entrée 7 de fluide de l'anneau 6 suivant.
[0037] Les anneaux 6 sont écartés les uns des autres afin de former les orifices ou fentes
5 annulaires de passage du gaz comburant. La distance entre les anneaux 6 peut être
constante ou variée sur la longueur du rouleau 1. La distance entre les anneaux 6
est choisie en fonction du type de déchets traités par l'installation et du débit
de gaz comburant souhaité.
[0038] Dans chacun des anneaux 6, le fluide de refroidissement circule dans le sens z, illustré
sur les figures 9a et 9b. En outre, les pontages s'étendent dans un plan incliné d'un
angle compris entre 0 et 90 ° par rapport au plan des anneaux. Ainsi, le circuit de
passage du fluide de refroidissement est enroulé autour de l'ossature 2.
[0039] En utilisation, on entraîne les rouleaux 1 en rotation dans un sens z contraire au
sens de circulation w du fluide de refroidissement dans le circuit. Par conséquent,
en cas de dégazage du liquide de refroidissement ou apparition d'une bulle, celle-ci
se déplace d'anneau 6 en anneau 6 jusqu'au dernier, lors de la rotation du rouleau
1, et rejoint alors l'évacuation du fluide de refroidissement.
[0040] Dans le mode de réalisation représenté, détaillé sur les figures 9a et 9b, les anneaux
sont composés de six éléments sectoriels périphériques 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f
amovibles communiquant, de manière étanche, via des raccords internes 11, ou pontages
inter éléments, fixés à l'ossature 2. Les éléments sectoriels 10a, 10b, 10c, 10d,
10e, 10f sont des barreaux creux, réalisé en fonte, et courbés longitudinalement d'un
angle d'environ 60°. Les éléments 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f présentent, à chacune
des extrémités de leur face intérieure un orifice 17 de passage du fluide de refroidissement.
Les raccords internes 11 sont ici formés de tubulure en U.
[0041] L'ossature 2 porte au moins une plaque longitudinale 12 d'assemblage des entrées
7 et des sorties 8 de fluide des anneaux 6 aux pontages 9, représentée sur les figures
4, 11 et 13. Dans le mode de réalisation représenté, la plaque longitudinale 12 s'étend
sur toute la longueur du rouleau 1 et supporte l'ensemble des pontages 13 du rouleau.
La plaque longitudinale 12 permet, en outre, de supporter les extrémités des anneaux
6 comportant les entrées et les sorties de fluide et de les fixer de manière étanche
par les moyens de fixations détaillés par la suite.
[0042] De même, l'ossature 2 porte cinq plaques longitudinales 13 d'assemblage des extrémités
des éléments sectoriels périphérique 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f aux raccords internes
11, représentées sur les figures 5, 10 et 12. Ces plaques 13 s'étendent, dans le mode
de réalisation représenté, sur toute la longueur des rouleaux 1 et supportent les
raccords internes 11. Les plaques permettent en outre de recevoir et de fixer les
extrémités des éléments sectoriels 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f à l'ossature 2.
[0043] Dans le mode de réalisation représenté, les plaques longitudinales 12 et 13 sont
identiques et la fixation des éléments sectoriels à ces plaques 12, 13 est réalisée
de manière identique. De même, les pontages 9 et les raccords internes 11 sont constitués
d'éléments similaires. Toutefois, les raccords internes 11 s'étendent dans le plan
de l'anneau alors que les pontages 9 sont inclinés par rapport à celui-ci afin de
raccorder deux anneaux 6 successifs.
[0044] Les plaques longitudinales d'assemblage 12 et 13 sont fixées à l'âme centrale de
l'ossature par l'intermédiaire de tiges radiales 18. En outre, les plaques longitudinales
d'assemblage 12 et 13 comprennent des ouvertures circulaires 24 dans lesquelles les
extrémités des pontages 9 ou des raccords internes 11 sont introduites. Les pontages
9 ou raccords internes 11 sont solidarisés aux plaques 12 et 13, par une soudure 19
par exemple.
[0045] L'orifice 17, formé sur la face intérieure des éléments sectoriels10a, 10b, 10c,
10d, 10e, 10f, est bordé par une collerette 20. Comme représentée sur la figure 14,
la face inférieure des éléments sectoriels 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f se positionne
contre la plaque rigide 12, 13 et l'extrémité des raccords internes 11 (ou des pontages
9) s'insère à l'intérieur de ladite collerette 20 afin d'assurer la connexion entre
le raccord interne 11 et l'élément sectoriel 10a.
[0046] Les plaques longitudinales 12, 13 comprennent des moyens étanches de fixation des
éléments sectoriels 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f. Dans l'exemple représenté, les plaques
12, 13 comportent deux orifices taraudés 23a, 23b, disposés de part et d'autre des
ouvertures circulaires 24. Des vis 22a, 22b insérées dans des logements 21 a, 21 b
des éléments sectoriels 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f sont destinées à être engagées
dans les orifices taraudés 23a, 23b, afin de fixer les éléments sectoriels 10a, 10b,
10c, 10d, 10e, 10f à la plaque rigide 12, 13. Les logements 21 a, 21 b des vis 22a,
22b sont ménagés dans des extrémités pleines des éléments sectoriels 10a, 10b, 10c,
10d, 10e, 10f afin de ne pas mettre en contact direct les vis 22a, 22b avec le fluide
de refroidissement, et limiter ainsi la corrosion. Les vis 22a, 22b utilisées pourront
notamment être des vis à tête hexagonale.
[0047] Lorsque l'on souhaite démonter une partie du circuit de passage du fluide de refroidissement,
pour des besoins de maintenance notamment, on peut alors retirer les vis 22a, 22b
afin de libérer un ou plusieurs éléments sectoriels amovibles 10a, 10b, 10c, 10d,
10e, 10f. Ainsi, une partie choisie du circuit peut être facilement démontée pour
accéder à l'intérieur du rouleau ou remplacer les parties les plus usées.
[0048] Afin de garantir l'étanchéité de la fixation, un joint 25 est logé dans une rainure
formée dans la plaque 12, 13, venant en vis-à-vis de la collerette 20 de l'élément
sectoriel 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f. Le joint 25 pourra notamment être réalisé
en polytétrafluoroéthylène modifié.
[0049] Les deux extrémités des éléments sectoriels amovibles 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f
sont séparées par un léger interstice autorisant une dilatation longitudinale desdits
éléments sectoriels 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f.
[0050] Le fluide de refroidissement est introduit et évacué à l'intérieur de l'ossature
2 via un tube d'alimentation 26 et un tube d'évacuation 27, coaxiaux, d'axe A, représenté
sur la figure 2. De préférence, les tubes d'alimentation 26 et d'évacuation sont introduits
dans l'ossature par l'extrémité du rouleau 1, opposée au système d'entraînement 16.
À l'extrémité amont du rouleau 1, représentée sur la figure 9a, l'entrée de fluide
7 du premier anneau 6 est connectée au tube d'alimentation 26 en fluide via un tube
de raccordement 28. De même, A l'extrémité aval du rouleau 1, représentée sur la figure
9b, la sortie de fluide du dernier anneau 6 est connectée au tube d'évacuation 27
du fluide via un tube de raccordement 29.
[0051] À l'extérieur du rouleau 1, les tubes d'alimentation 26 et d'évacuation 27 sont raccordés
à un système de joint tournant 30, illustré sur la figure 14, au moyen d'un ensemble
31 bride / contre bride pourvue d'un joint torique. Le joint tournant est raccordé,
d'une part, à un réseau d'alimentation en fluide 35 via un conduit 36 pourvu d'une
vanne 37 et, d'autre part, à un réseau d'évacuation 32 via un conduit 33 pourvu d'une
vanne 34.
[0052] L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que
l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention
sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
1. Rouleau (1) pour grille de four, destiné à être monté en rotation dans le foyer dudit
four autour d'un axe A longitudinal audit rouleau (1), comprenant :
- une ossature (2) formant une cage cylindrique ;
- une surface de support de combustible (4) montée autour de ladite ossature et pourvue
de moyens (5) de passage du gaz comburant au travers du rouleau, ladite surface de
support étant formée par au moins une surface d'un conduit (3) permettant le passage
d'un fluide de refroidissement ;
ledit rouleau (1) étant
caractérisé en ce que ledit conduit (3) de passage du fluide de refroidissement comprend :
- une série d'anneaux (6) creux, coaxiaux à l'axe A, répartis sur la longueur dudit
rouleau (1), comprenant chacun une entrée (7) et une sortie de fluide (8) ; et
- des pontages (9) raccordant la sortie de fluide (8) d'un anneau (6) à l'entrée de
fluide (7) de l'anneau suivant, afin de former un circuit de passage du fluide de
refroidissement enroulé autour de ladite ossature (2).
2. Rouleau (1) pour grille de four selon la revendication 1, dans lequel les pontages
(9) inter anneaux sont fixés à l'ossature (2).
3. Rouleau (1) pour grille de four selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'ossature
(2) porte au moins une plaque longitudinale (12) d'assemblage des entrées (7) et des
sorties (8) de fluide des anneaux (6) aux pontages (9).
4. Rouleau (1) pour grille de four selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel
les pontages (9) sont des tubulures en U.
5. Rouleau (1) pour grille de four selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel
les entrées (7) et les sorties (8) de fluide de refroidissement des anneaux sont agencées
de telle sorte que le fluide de refroidissement circule dans un même sens dans chacun
des anneaux.
6. Rouleau (1) pour grille de four selon la revendication 5, dans lequel les pontages
(9) s'étendent dans un plan incliné d'un angle compris entre 0 et 90 ° par rapport
au plan des anneaux (6).
7. Rouleau (1) pour grille de four selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel
les anneaux (8) comprennent une pluralité d'éléments sectoriels périphériques (10a,
10b, 10c, 10d, 10e, 10f) communiquant via des raccords internes (11).
8. Rouleau (1) pour grille de four selon la revendication 7, dans lequel les raccordements
(11) sont fixés à l'ossature (2).
9. Rouleau (1) pour grille de four selon la revendication 7 ou 8, dans lequel l'ossature
(2) porte des plaques longitudinales (13) d'assemblage des extrémités des éléments
sectoriels périphérique (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) aux raccords internes (11).
10. Rouleau (1) pour grille de four selon l'une des revendications 7 à 9, dans lequel
les raccords (11) sont des tubulures en U.
11. Rouleau (1) pour grille de four selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel
les anneaux (8) sont constitués de six éléments sectoriels (10a, 10b, 10c, 10d, 10e,
10f).
12. Four de combustion et/ou d'incinération comprenant une pluralité de rouleaux (1) selon
l'une des revendications 1 à 11.
13. Utilisation d'un four de combustion selon la revendication 12, dans lequel on entraîne
en rotation au moins un rouleau (1) autour de son axe longitudinal A dans un sens
z et on alimente le conduit (3) de passage du fluide de refroidissement de sorte que
le fluide de refroidissement se déplace dans un sens w autour de l'ossature (2) inversé
par rapport à z.