Brevet FR2266103A1 — publié le 19751024

La présente invention concerne un avant-foyer destiné à fonctionner sous pression et avec injection de matières sèches pulvérisées. Elle a pour but essentiel de créer un tel avant-foyer qui permette d'obtenir une combustion aussi complète que possible, assurant ainsi une économie sensible de combutible et supprimant la pollution atmosphérique. Selon la présente invention, 1' avant-foyer comporte une enveloppe étanche de forme allongée munie à l'une de ses extrémités d'une garniture réfractaire de rayonnement et, à l'autre extrémité, d'une tubulure d'évacuation des gaz de combustion, les matières à brûler étant introduites tangentiellement avec de l'air primaire au voisinage de 11 extrémité qui comporte la garniture et des moyens étant prévus pour introduire dans l'enveloppe de l'air de comple- ment. Avantageusement, une partie de cet air de complément est introduite, sous forme d'air secondaire, par une-tubulure de visite combinée à un brûleur pilote de démarrage ou d'appoint à combustible liquide gazeux, de l'air tertiaire étant injecté en aval avant que les gaz ne sortent de l'enveloppe. Selon une variante, l'enveloppe est divisée par un col en une chambre primaire agencée comme précédemment décrit et une chambre secondaire dans laquelle un flux supplémentaire d'air est injecté au moyen d'un distributeur central1 ce qui permet notamment de briller des combustibles à faible pouvoir calorifique ou difficiles à briller. La description qui va suivre en regard du dessin annexé fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue en plan d'un premier mode de réalisation d'avant-foyer conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en élévation correspondante. La figure 3 est une coupe par III - III de la figure 2. La figure 4 est une coupe par IV - IV de la figure 2. La figure 5 est une vue en coupe longitudinale, vertica - le et médiane d'une variante assurant une combustion en deux stades. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures 1 à 4, 11avant-foyer comporte une enveloppe 1 cylindrique destinée à être posée, avec son axe sensiblement horizontal, sur un socle approzprié, par l'intermédiaire d'un berceau 2. Les Les extrémités de l'enveloppe sont arrondies et l'une d'elles est percée en son centre d'un orifice de sortie 3 suivi d'une tubulure 4 permettant de raccorder l'avant-foyer à un autre appareil, une chaudière par exemple. L'enveloppe 1 et la tubulure 4 sont à double paroi et ménagent un espace 5 dans lequel on peut faire circuler un fluide caloporteur tel que de l'eau ou de l'huile. Ce fluide entre par une tubulure 6 située au voisinage du fond 7 de l'enveloppe.Ladite tubulure est perpendiculaire à l'axe de l'enveloppe et débouche tangentiellement dans l'espace 5 à la partie inférieure de celuici. Le fluide chauffé sort par une tubulure supérieure 8, située au voisinage de l'extrémité qui porte la tubulure 4. Le fluide circule donc hélicoidalement dans l'espace 5. Des chicanes peuvent être prévues pour le guider. L'enveloppe peut etre enfermée dans une jaquette 9, calo- rifugée ou parcourue par un courant d'air à chauffer. Cet air réchauté peutalors utilement être envoyé à l'ouïe d'aspiration du ventilateur 28. Au voisinage du fond 7 de I'enveloppe est prévue une garniture 10 de rayonnement en béton réfractaire servant à entretenir la température du foyer. Les matières à bruler, constituées par des solides divisés, par exemple des fines de charbon, de la sciure de bois des fines de,ponçage sont injectées dans l'enveloppe 1, avec de l'air primaire servant à leur transport et à leur combustion, par une buse i1 qui débouche tangentiellement dans ladite enveloppe à quelque distance du fond 7 vers lequel elle est inclinée d'un angle aigu, par exemple de 20 (Fig.2). La tubulure 11 est raccordée, hors de l'enveloppe, à un ventilateur 12 qu'un moteur 13, monté sur un socle 14 entraîne par le moyen d'une transmission 15. Le ventilateur (12) aspire l'air et les matières à brûler par l'intermédiaire d'une condùite 16 munie de deux clapets de sécurité 17 et 18 dont l'un est muni d'une trappe d'expansion 19 fermée par une membrane de sûreté 20 (Fig.3). Entre le fond 7 de l'enveloppe et l'endroit où débouche la buse 11, est p NUlm orifice dé visite 21 raccordé à une tubulure tangentielle 22 orientée dans le même sens de giration que la buse 11 (Fig.3).La tubulure 22 est munie d'une chemise de liquide 23 qui communique avec l'espace annulaire 5 de l'enveloppe. Elle est obturée par une porte 24 pivotante garnie de matière réfractaire et sur laquelle est monté un brûleur 25 à combustible liquide ou gazeux, associé à un moto-ventilateur 26 fournissant de l'air secon daire. A l'aval de la buse il est prévu, à la partie supérieure de l'enveloppe, un caisson extérieur 27 (voir aussi la figure 4) qu'alimente en air un moto-ventilateur 28. Ce caisson communique avec l'enveloppe 1 grâce à des tubes tangentiels 29 disposés paral lèlement les uns aux autres, dans un même plan longitudinal et orientés dans le même sens de giration que la buse Il et la tubu lure 22. Des robinets 30 permettent de régler le débit des tubes 29. L'avant-foyer qui vient d'être décrit peut fonctionner comme suit : Au premier démarrage à froid, le ventilateur 26 injecte de l'air et assure un prébalayage de l'enveloppe l. Le brailleur 25 injecte du combustible qui s'enflamme. Ce brûleur est un n brûleur pilote ". La garniture réfractaire 10 et l'enveloppe réchauffent le mélange. Simultanément, de l'air primaire et des matières à brûler sont injectées dans l'enveloppe l par le ventilateur 12 et la buse 11. Lorsque la température de la garniture réfractaire a at teint une valeur suffisante, ce dont on peut se rendre compte grâce à une sonde de température 31 (Fig.ly, le brûleur est arrêté et le moto-ventilateur 26 n'injecte plus que de l'air secondaire. De l'air tertiaire est envoyé par les tubes 27 pour par faire la combustion. Le réglage de l'injection de combustibler d'air primaire et dair tertiaire se fait sous le contrôle d'une sonde de tempéra ture 32 (Fig.l) disposée à la sortie de l'avant-foyer. Le fluide caloporteur introduit par la tubulure 6, sort par la tubulure 8. Dans la variante de la figure 5, l'enveloppe l est divisée en deux chambres 33 et 34, par un col 35. La chambre primaire 33 qui occupe à peu près les deux tiers de l'enveloppe est agencée comme décrit précédemment, c'est-à-dire qu'on y trouve une garni ture rayonnante 10, une buse Il d'injection de combustible et d'air primaire, une trappe de visite 22 avec brûleur pilote auxiliaire et ventilateur d'air secondaire et des tubes 29 d'injection d'air ter tiaire. Le caisson 27 d'ot partent les tubes 29 s'étend jusqu'en regard de la chambre secondaire 34 et il est réuni, par un conduit radial 36, à un distributeur d'air quaternaire 37 en forme d'ellipsolde aplati qui présente dans sa face tournée vers le col 35, des tuyères 38 qui peuvent être inclinées d'une trentaine de degrés dans le sens giratoire des gaz ou en sens inverse de ce sens giratoire. L'avant-foyer de la figure 5 assure une combustion étagée en deux stades. I1 est dit " gazéification Cette formule apporte un intérêt considérable et permet d'obtenir une combustion complète avec des combustibles solides, divisés et introduits à l'état poudreux par injection pneumatique. L'utilisation d'un tel foyer entre parfaitement dans le cadre de l'économie de combustible préconisée à l'heure actuelle. Elle permet, en outre, de brûler des combustibles à faible pouvoir calorifique tels que le bois et la tourbe, la cellulose ou des combustibles à plus haut pouvoir tel que le charbon. L'utilisation du charbon gras difficile à brûler sur grille étant donné son fort indice de gonflement et sa grande teneur en matières volatiles, est particulièrement recommandée dans ce cas. On évite en outre la production d'imbrûlées solides ou gazeux. La production d'envolées sous forme d'escarbilles dans les fumées est ainsi exclue eut il n'y a plus de présence de forte teneur en carbone, source de coloration des fumées. Le but de ce type de foyer est de transformer le combustible solide en gaz dans la chambre primaire 33, et ceci, grâce a une haute température régnant dans cette cgambre; . à une grande richesse du mélange en combustible dans le dosage carburant-air; . à une forte concentration calorifique; au fait que la flamme en forme de sphère épouse les parois; a a un brassage interne très intensif et à un mélange poussé du-comburant et du combustible par effet de cyclone. La température de flamme est élevée. Elle est maintenue dans la chambre par la richesse en combustible (donc avec défaut d'air). I1 s'agit d'une combustion réductrice. La combustion, volontairement incomplète en 33 est de relation : C02 + CO + H2 + H20- 2 Dans la chambre secondaire 34, on obtient une combustion complète avec production de C02 + H2O. La flamme se conce * e au tassage du col 35 pour s'évaser autour du distributeur 37 grâce à la projection d'air qui arrive par les buses 38. Dans cette deuxième phase, il y a une combustion oxydante donc, avec excès d'air. La combustion totale se réalise avec un faible excès d'air de 45 à 60% alors que les foyers traditionnels nécessitent des excès de 100 à 2002.La combustion est tres bonne. Avec cet appareil, il n'y a plus de pollution atmosphérique. En outre1 sur la figure 5, le distributeur 27 d'air tertiaire forme un caisson annulaire qui entoure le corps cylindrique l de l'avant-foyer. Il alimente non seulement les tubes 29 (qui peuvent être tangentiels ou radiaux) mais aussi des canaux 40 traversant le corps l au niveau du col 35 et orientés en sens contraire du sens de giration des gaz dans la chambre 33 du foyer, ceci afin de provoquer un mélange intime entre les gaz provenant de cette chambre et l'air injecté par lesdits canaux 40. La chambre 33 présente, outre la sole 28 qui provoque le gonflement, la distillation et le craquage du combustible introduit, un chemisage 41 en tole d'acier réfractaire, décolle de la paroi interne du corps 1 Ce chemisage est de préférence réalisé en plusieurs coquilles périphériques qui ont un double rle : servir de plaques d'usurpe destinées à être remplacées, l'usure étant provoquée par la projection cyclonique de la matière injectée par la buse il. assurer, grâce à leur réchauffement rapide, un rayonnement que les parties refroidies de la chambre ne peuvent fournir. On évite un réchauffement trop intense grâce à des canaux 42 à débit réglable, alimentés par le distributeur 27 et qui débouchent derrière le chemisage 41. Quel que soit son mode de réalisation, l'avant-foyer que l'on viens de decrire peut être raccorde à tout type de chaudière comme un brûleur à combustible liquide ou gazeux. Il peut se monter également en parallèle avec un autre brûleur sur la façade avant, la façade arrière ou en fosse sous la sole d'une chaudière ainsi que sur un générateur d'air chaud ou un échangeur-récupérateur de chaleur. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits notamment par substitution de moyens techniques équivalents sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS l. Avant-foyer destiné à fonctionner sous pression avec injection pneumatique de matières solides divisées caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe étanche (1) de forme allongée, munie à l'une de ses extrêmités d'une garniture réfractaire de rayonnement (10) et à l'autre d'une tubulure (4) d'évacuation des gaz de combustion, les matières à brûler étant introduites tangentiellement (en 11) avec de l'air primaire au voisinage de l'ex trêmité (7) qui comporte la garniture de rayonnement et des moyens (22, 27, 38) étant prévus pour introduire dans l'enveloppe de l'air de complément. 2. Avant-foyer selon la revendication l, caractérisé en ce que les matières à brûler et l'air primaire sont introduits au moyen d'une buse tangentielle (11) inclinée en direction de I'extrêmité du foyer qui porte la garniture (10). 3. Avant-foyer selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte une tubulure (22) équipée d'un brûleur (25) à combustible liquide ou gazeux et de moyens (26) d'injection d'air secondaire. 4. Avant-foyer selon lalrevendication 3, caractérisé en ce que la tubulure (22) est disposée entre les moyens (ll) d'injection de matières à brûler et d'air primaire et l'extrêmité de l'enveloppe qui porte la garniture rayonnante, ladite tubulure étant orientée tangentiellement dans le même sens giratoire que la buse d'injection d'air primaire et de matières à brûler. 5. Avant-foyer selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'en aval des moyens (11) d'injection d'air primaire et de matières à brûler sont prévus des tubes (29) d'injection d'air tertiaire. 6. Avant-foyer selon la revendication 5, caractérise en ce que les tubes (29) d'injection d'air tertiaire sont tangentiels et orientés dans le même sens giratoire que la buse d'injection (11) d'air primaire et de matières à brûler. 7. Avant-foyer selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'enveloppe est divisée par un col (35) en une chambre primaire (33) et en une chambre secondaire (34) adjacente à la tubulure de sortie, la chambre secondaire contenant un distributeur central (37) permettant d'injecter un flux d'air complémentaire en direction du col. 8. Avant-foyer selon la revendication 7 et l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les tubes (29) d'in jection d'air tertiaire et le distributeur central (37) d'air quaternaire sont alimentés à partir d'un caisson commun. 9. Avant-foyer selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la chambre (33) contient un chemisage (41) réfractaire, décollé de sa paroi latérale et servant de surface d'usure vis-à-vis du combustible injecté par la buse (ll) ainsi que d'organe de rayonnement. 10. Avant-foyer selon la revendication 9, caractérisé en ce que le chemisage (41) est formé de coquilles périphériques en tôle d'acier inoxydable réfractaire. 11. Avant-foyer selon l'une des revendications 9 ou 10 caractérisé en ce que des canaux d'arrivée d'air (42) sont prévus dans la paroi du corps (l) autour du chemisage (41). 12. Avant-foyer selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que des canaux d'injection d'air (40) sont prévus au niveau du col (35) ces canaux étant orientés en sens contraire du sens de giration des gaz dans le foyer afin de provoquer -un mélange intime de l'air injecté et des gaz. 13. Avant-foyer selon l'une des revendications Il ou 12, caractérisé - ce que les canaux 29, 40, 42 sont alimentés par un caisson périphérique sous pression (27) entourant le corps (1). 14. Avant-foyer selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'enveloppe est à double-paroi et forme un espace (5) dans lequel on peut faire circuler un fluide caloporteur. 15. Avant-foyer selon 1 'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les moyens d'injection d'air primaire et de matières à brûler comportent au moins un clapet de sécurité (18) muni d'une trappe d'expansion (19 > .