Brevet FR2010223A1 — publié le 19700213

La présente invention se réfère à une chaudière tubulaire à vapeur ou eau surchauffée, ayant un seul tirage rectiligne et horizontal dans lequel sont logés des tubes de chauffe verticaux. Ladite chaudière comprend un canal horizontal de section litre 5 et pourvu d'organes d'obturation et de réglage à son issue, ledit canal étant disposé en sens parallèle à l'écoulement des gaz de combustion à travers la chaudière et permettant la dérivation d'une partie réglable de ces gaz en by-pass des surfaces de chauffe de ladite chaudière. 10 En plus, l'invention se réfère aux modes d'exploitation de ladite chaudière en tant que récupératrice de chaleur en combinaison avec un incinérateur pour ordures en amont et un préchauffeur d'air comburant en aval, de manière à ce que tout en maintenant les paramètres de la vapeur ou de l'eau surchauffée à des 15 valeurs constantes prescrites, la température d'entrée des gaz dans le préchauffeur d'air et en conséquence la température de l'air préchauffé soient adaptées aux conditions variables de combustion dans l'incinérateur proprement dit ou bien soient réglées à volonté. Ceci se fait en dérivant une partie variable 20 du courant de gaz de combustion par ledit canal parallèle, le réglage quantitatif se faisant soit automatiquement soit de manière manuelle, en fonction du pouvoir calorifique variable des ordures incénérées. C'est un fait connu que dans toute chaudière récupératrice 25 de chaleur, dans laquelle les paramètres de la vapeur ou de l'eau surchauffée produite sont maintenus constants, toute variation du pouvoir calorifique du combustible entraîne une variation des températures des gaz de combustion le long des surfaces de chauffe. Une diminution du pouvoir calorifique réduit 30 la gamme de températures disponible pour le préchauffeur d'air, ce qui fait que l'air comburant est moins est moins préchauffé et ceci justement alors qu'un préchauffage plus intense serait nécessaire pour le combustible de moindre pouvoir calorifique. Les circonstances décrites ci-dessus interviennent spécia-35 lement dans le cas d'incinérateurs pour ordures, pourvus en aval de chaudières récupératrices et de préchauffeurs d'air comburant. Afin d'assurer l'incinération complète des ordures et la destruction de leurs odeurs nauséabondes, l'expérience pratique a montré qu'il est nécessaire que la température dans le foyer 40 (chambre de combustion) de l'incinérateur soit de l'ordre de 69 10731 2 2010223 900 - 1000° C, en tout cas pas au-dessous de 800 °C. De même, il est également connu que pour des raisons d'exploitation et en particulier pour éviter des corrosions de condensation dans les surfaces de chauffe secondaires ainsi que des phénomènes de 5 condensation à l'issue de la cheminée, il faut que la température d'issue des gaz de combustion ne soit pas moindre d'environ 250° C. D'autre part, il est également connu que les ordures ménagères et/ou communales sont un combustible de qualité inférieure 10 à pouvoir calorifique très variable, à la suite de la composition hétérogène et variable desdites ordures et de leur teneur également variable en humidité. Les variations sont tant locales que saisonnières et peuvent même au cours d'une journée. La quantité d'eau de pluie, la proportion de feuillages de jardins 15 et de résidus de légumes (en été) ou de cendres de chauffage (en hiver) ne sont que quelques-uns des facteurs à influencer le pouvoir calorifique des ordures. Dans ces conditions, pour pouvoir maintenir dans l'incinérateur la gamme de températures prescrite, il faut forcément re-20 courir au préchauffage variable de l'air comburant, dont la température doit être adaptée aux circonstances existantes. .Ceci veut dire que dans le cas d'ordures de basse qualité calorifique ou abondamment humides, il faut disposer de moyens pour contrecarrer l'abaissement de la température de l'air comburant, 25 qui en résulterait. Dans l'esprit de l'invention présente, ceci se réalise en prévoyant des moyens pour dériver une partie des gaz chauds de combustion en provenance du foyer (chambre de combustion) de l'incinérateur, en by-pass des surfaces de chauffe de la chau-30 dière récupératrice de chaleur, le courant partiel dérivé étant ensuite ramené pour se mélanger au courant de gaz ayant traversé ladite chaudière, avant leur entrée commune dans le préchauffeur d'air. Le courant dérivé ayant gardé sa température initiale, on réalise de cette manière une augmentation de la tempéra— 35 ture des gaz à l'entrée du préchauffeur d'air comburant et implicitement une augmentation de la température du dernier, tout en maintenant la température des gaz à leur issue depuis le préchauffeur d'air au niveau minimum prescrit. Ceci implique un réglage quantitatif du courant de gaz dérivé en by-pass de la 69 10731 3 2010223 chaudière, ce qui conformément à l'invention se fait soit automatiquement» soit manuellement. Les dessins ci-annexés à titre d'exemple et dans un "but ex-pliquatif , se réfèrent à un arrangement typique comprenant un 5 incinérateur pour ordures pourvu d'une chaudière récupératrice selon l'invention et d'un préchauffeur d'air en aval, le tout représenté en sections schématisées. La fig. 1 représente l'ensemble décrit en section longitudinale . 10 La fig. 2 représente une section transversale de la fig. 1. Dans la fig. 1 on a marqué par 1 la maçonnerie de l'inciné-ra.teur, par 2a, 2b et 2_ç les grilles de préséchage et de combustion dudit incinérateur, par 3 le foyer (chambre de combustion) non refroidi et par 3a le puits d'issue des résidus de combus-15 tion (mâchefers). Par 4-11 on a désigne. la chaudière récupératrice de chaleur et plus spécialement par 4 le tambour supérieur, par 5 les tubes descendants, par 6 le collecteur inférieur, par 7 le collecteur supérieur et par 8 les surfaces de chauffe de ladite chaudière, ces surfaces étant constituées par des assemblages 20 tubulaires disposés en "fanion", c'est-à-dire reliés d'un côté seulement aux collecteurs 7 et 6 soit au tambour 4. Ces "fanions" sont disposés transversalement à l'axe horizontal d'écoulement des gaz, les uns derrière les autres, avec leurs tubes en alignement. 25 Dans lesdits "fanions" les rangées de tubes 8a. et 8b sont espacées, de manière à laisser des intervalles égaux qui sont également disposés en parfait alignement les uns derrière les autres,délimitant - ainsi un canal horizontal continu 10. Celui-ci est limité vers le haut et le bas par des cloisons étanches 30 Sa et 9b, tandis que latéralement les tubes 8a et 8b sont pourvus d'aménagement adéquats pour former des cloisons également étanches. Ceci peut se réaliser par exemple, en utilisant pour les rangées 8a. et 8b des tubes munis d'ailerons latéraux longitudinaux, lesdits ailerons étant disposés dans lé sens d'écoule-35 ment des gaz et soudés l'un à l'autre. Une autre possibilité d'éxécution consiste à intercaler- entre les tubes successifs des rangées 8a et 8b des bandes d'acier et les souder aux tubes. Les modalités décrites ci-dessus et autres imaginables sont toutefois sans importance directe pour l'esprit de l'invention, qui 69 10731 4 2010223 suppose dans la chaudière*1'existence du canal étanche 10 dans la. direction d'écoulement des gaz, indifféremment des moyens employés pour sa réalisation. En plus, dans un autre mode d'exécution, les parois du canal 10 peuvent être pourvues de revête-5 ments réfractaires et isolants, pour supprimer ou réduire au minimum la perte de chaleur ou respectivement 1a. transmission de chaleur depuis le courant dérivé, qui garde ainsi pratiquement inchangée sa température d'entrée dans ledit canal. Par 11 on a désigné schématiquement un dispositif à volets 10 pour l'obturation totale ou partielle du canal 10, ce dispositif étant mû depuis l'extérieur en position ouverte, fermée ou intermédiaire pour le réglage quantitatif du courant dérivé. Les gaz chauds de combustion s'écoulent depuis le foyer (chambre de combustion) 3, selon les flèches 12, pour passer 15 dans la chambre 13 où par la réduction subite de leur vitesse d'écoulement, la plupart des poussières volantes entraînées se sépare, pour être évacuée par 14» Les gaz chauds ainsi épurés, passent ensuite dans la chaudière, qu'ils traversent en un seul tirage horizontal dans le sens des flèches 16, une partie du 20 courant de gaz passant à travers les surfaces de chauffe 8 tandis que l'autre partie est dérivée par le canal 10. Le rapport des débits des deux courants partiels est déterminé par le réglage de l'obturateur à volets 11. Dans la chambre 17, en aval de la chaudière proprement di-25 te, entrent d'une part les gaz ayant traversé les surfaces de chauffe 8 avec une température réduite du fait de la cession de chaleur vers lesdites surfaces de chauffe 8 et d'autre part les gaz dérivés par le canal 10, dont la température est pratiquement inchangée, comme il a été expliqué ci-dessus. Par le mé-30 lange des deux courants de gaz dans la chambre 17, il résulte une température située entre les températures des courants partiels, en tout cas au-dessus de celle des gaz ayant traversé les surfaces de chauffe 8 de la chaudière. La température" résultante dépend évidemment du rapport quantitatif dés débits partiels 35 de gaz, c'est-à-dire du réglage de l'obturateur à volets 11. Avec cette température résultante, les gaz entrent dans le préchauffeur d'air comburant 19 dans le sens des flèches 18£ et 18b, pour y céder au courant d'air comburant une partie de leur chaleur sensible, dans la limite de la température minimum de 69 10731 5 2010223 250° C à l'issue, limite imposée par les raisons citées ci-des-sus. la flèche 21 indique l'entrée de l'air frais et froid et la flèche 22 indique la sortie de l'air comburant préchauffé. Selon 5 la conception et la construction du préchauffeur, le préchauffage peut se faire en courants parallèles, opposés ou croisés des deux fluides en question. L'air préchauffé est amené ensuite par des conduits (non représentés) aux endroits 23a, 23b et 23ç. au-dessous des grilles 2a, 2b et 2c. respectivement. 10 II est bien évident, et cela nécessite aucune autre explica tion, qu'en fonction de la température d'entrée des gaz dans le préchauffeur 19, la température de l'air préchauffé à son issue en 22 sera plus ou moins haute. L'invention offre ainsi un moyen commode pour adapter la 15 température de préchauffage de l'air comburant aux conditions de combustion dans le foyer 3, par le simple réglage de la position des volets obturateurs 11, ce qui entraîne l'augmentation ou la diminution de la température des gaz à leur entrée dans le préchauffeur d'air 19. 20 Divers modes d'exploitation sont possibles ou bien la mar che à température constante de l'air comburant, en réglant la position des volets obturateurs 11 en fonction de la température d'issue de l'air en 22, le réglage se faisant soit automatiquement par des moyens connus soit à la main, ou bien, on peut ré-25 gler la température de l'air comburant préchauffé en fonction de la température de combustion dans le foyer. En outre, il est possible de maintenir constante la température d'entrée des gaz dans le préchauff eur d'air (environ dsos Ha région des flèches 18b). Finalement, il est possible de commander la position des,volets 30 obturateurs 1.1 par la température d'issue des gaz en 20, ce qui peut être fait en dehors et concomitamment des réglages énumérés ci-dessus. Pour le choix du mode optimum d'exploitation, on doit considérer la composition locale des ordures à incinérer et en par-35 ticulier leurs variations périodiques ou accidentelles. Ceci permet de tirer le maximum des possibilités offertes par l'invention. 69 10731 6 2010223 BE7ESDICAII PUS 1 - Chaudière tubulaire à vapeur ou eau surchauffée, ayant un seul tirage rectiligne et horizontal, plus particulièrement destinée à servir en combinaison avec en amont un four incinéra- 5 teur pour ordures de pouvoir calorifique faible et très variable et en aval un préchauffeur d/air comburant, ladite chaudière comprenant des tubes de chauffe verticaux disposés en "fanions" transversalement à la direction d'écoulement des gaz de combustion et étant caractérisée par le fait que dans chacun desdits 10 "fanions" on a prévu un intervalle élargi entre deux tubes espacés, ces intervalles étant disposés en parfait alignement les uns derrière les autres, délimitant ainsi un canal horizontal à section transversal libre, rendu étanche aux gaz par deE moyens connus en soi, ledit canal étant parallèle à l'écoulement des 15 gaz et constituant pour une partie du courant des gaz un by-pass des surfaces de chauffe de la chaudière. 2 - Chaudière tubulaire selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'à la sortie du canal .parallèle on a prévu un dispositif à volets en jalousie, ledit dispositif pouvant 20 être mû depuis l'extérieur pour l'obturation totale ou partielle du canal parallèle et implicitement pour le réglage quantitatif du débit des gaz s'écoulant en by-pass des surfaces de chauffe de la chaudière. 3 - Mode d'exploitation de 1a. chaudière selon les revendi-25 cations 1 et 2 en combinaison avec, en amont, un four incinérateur pour ordures et, en aval, un préchauffeur d'air comburant, caractérisé par le fait que le débit de gaz dérivé en by-pass des surfaces de chauffe de la chaudière est réglé en fonction d'une température spécifique pour la marche du four incinérateur, 30 le réglage se faisant à l'aide de l'obturateur à volets, dont la position est commandée soit automatiquement* soit à la main. 4 - Mode d'exploitation selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'on utilise comme température spécifique pour le réglage de l'obturateur à volets, la température de l'air 35 comburant préchauffé. 5 - Mode d'exploitation selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'on utilise comme température spécifique pour ls réglage de l'obturateur à volets, la température de combus 69-10731 7 2010223 tion dans le foyer dudit four incinérateur. 6 - Mode d'exploitation selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'on utilise comme température spécifique pour le réglage de l'obturateur à volets, la température des gaz de 5 combustion à leur entrée dans le préciiauffeur d'air comburant. 7 - Mode d'exploitation selon la revendication 3 et l'une des revendications 4, 5 ou 6, caractérisé par le fait qu'en dehors des températures spécifiques énumérées, le réglage de l'obturateur à volets se fait en plus en fonction de la température 10 des gaz de combustion à leur issue depuis le préchauffeur d'air comburant.