Brevet FR2254760A1 — publié le 19750711

La présent invention concerne les chaudière destinées a brûler des matières combustibles solides, notanent les copeaux de bois, les sciures, ou autres déchets combustibles pulvérulents ou poussiéreux conditionnés à cet effet. Les chaudières actuellement en service, bilent imparfaite ment ce type de cobustibles, d'où un rendement calorifique insuffisant et l'expulsion dans l'atmosphère de gaz polluants que les nouvelles reglesentations ne tolèrent plus. Les chaudières conçues selon l'invention permettent de remédier à ces inconvénients, c'est-à-dire quelles permettent soit d'améliorer le rendement calorifique, soit de brûler totalement les combustibles et les gaz qui 51 échappent du foyer, soit les deux simultanément. La présente invention a pour objet un nouveau type de chau diète destinée a bréler des matières combustibles solides, notam ment des copeaux de bois, des sciures, ou tous autres déchets de combustibles pulvérulents ou poussiéreux conditionnés & cet effet et injectés autonatiquenent dans le foyer avec de ltair primaire, l'air secondaire pénétrant à la partie inférieure et les gaz s'é- chappant & la partie supérieure chaudière caractérisée en ce qu'elle comporte en son centre un foyer cylindrique vertical entouré par une lame d'eau également cylindrique et verticale, le foyer étant com- pris dans une enceinte, à double parois, ouverte i sa partie supE- rieure et agencée de façon que l'eau circule entre les deux parois on elle est chauffée. Dans cette chaudière le foyer est entouré par une enceinte cylindrique vertical'e, reposant sur un socle, et ouverte & sa par tie supérieure. L'enceinte est constituée par deux parois parallè- les déterminant entre elles un espace clos de faible épaisseur oc- cupé par de l'eau se présentant ainsi sous la forme d'une lame d'eau, chauffable par convection. La grille du foyer peut être de tout type classique ou est formée d'ailettes très proches les unes des autres, soudées sur une série de tubes parallèles inclinés, tubes traversant la paroi interne de l'enceinte (mais pas la paroi externe) et qui sont remplis d'eau con-uniquant avec la lame d'eau cyllndrique verticale.Par contrez la paroi externe est traversée aux endroits appropriés par les canalisations d'amenée ou d'évacua- tion de l'eau de la lame. En outre l'enceinte est percée des ori- fices nécessaires au bon fonctionnement de la chaudière, tels ceux pour le vidage du cendrier, la visite de l'intérieur de la chaudière et le chargement manuel de la grille, ltinjection du combustible. L'ensemble du foyer et de son enceinte est contenu dans une autre enceinte étanche ayant la forme générale d'une cloche formée d'une calotte surmontant un cylindre concentrique à la première enceinte. Entre l'enceinte extérieure et l'enceinte intérieure est prévu un espace pour le passage des gaz brAléss des fumées. Evidemment cette deuxième enceinte est également traversée aux endroits appropriés par les canalisations nécessaires au bon fonctionnement de la chaudière. De préférence cette enceinte extérieure est à double parois retenant entre elles une deuxième lame d'eau. Les deux lames d'eau connzmiquent entre elles à leur base et & leur sommet. A la base les lames d'eau sont réunies par des tubes qui traversent horizontalement le conduit de fumée, tandis qu'au sommet les tubes sont verticaux et traversent l'espace cotpris entre les deux enceintes. L'eau est amenée à la base de la lame d'eau intérieure, elle est dtabord chauffée dans les tubes de la grille et tes parois de l'enceinte intérieure en contact avec le foyer et le conduit de fumée, puis cette eau passe dans la deuxième lame dteau où elle continue à être chauffée pàr la paroi au contact du conduit de fumée. L'eau chaude se rassemble à la partie supérieure où elle atteint 1100 avant autre évacuée dans les circuits d'utilisation extérieure. Llespace compris au sommet de la cloche, entre les deux parois de l'enceinte extérieure est éventuellement conçue pour constituer aussi une chambre plus grande à vapeur basse pression avec niveau d'eau. On comprend aisément -que la circulation de 11 eau s'effectue automatiquement par thermo-siphon et que la chaudière peut fournir soit de la vapeur basse pression, soit de l'eau chaude â -l100C., soit les deux à la fois. La chaudière peut être alimentée de deux manières. Les combustibles sont, au départ, chargés avant la mise à feu par un orifice dit de chargement, situé juste au-dessus de la grille et pouvant entre fermé soit par une porte muni d'un brûleur utilisable pour enflammer les matières à brûler, soit par une porte sans brûler de préférence avec voyant. En cours de fonctionnement les déchets sont introduits dans le foyer à l'aide d'un injecteur disposé de manière à ce que ces déchets pénètrent dans le foyer tangentiellement à sa parut, au-dessus de toles de guidage desdits déchets lorsqu'ils tombent sur la grille. On a jusqu'ici décrit un foyer entouré par une lame d'ean, puis par deux lames d'eau, mais il est bien évidentue l'invention porte aussi sur une chaudière à trois lames d'veau (ou plus le cas échéant).Dans le cas à trois lames d'eau, les deux premières enceintes sont contenues dans une troisième enceinte concentrique à la seconde, en forme de cloche, chaque enceinte étant à double parois et agencée pour permettre une circulation d'eau sous forme de lame d'eau entre lesdites parois doubles, les lames d'eau communiquant entre elles à leurs bases et sommets et l'ensemble des lames eau communiquant avec le circuit de chauffage extérieur, chaqüe enceinte étant séparée de 11 enceinte précédente ou suivante par un espace et les différents espaces communiquant entre eux convenablement pour conduire les fumées, entre les lames d'eau, vers l'extérieur. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, la chaudière à bruler des matières combustibles solides, notamment des déchets de bois est remarquable en ce que son foyer vertical est surmonté d'une chambre d'oxydation dans laquelle passent obli gatoirement les gaz chauds provenant du foyer avant d'être évacués ladite chambre étant pourvue de moyens pour l'introduction de ltair dit tertiaire, de façon à former au moins une turbulence assurant une oxydation totale des gaz résultant de la combustion, La chaudière suivant l'invention comporte en son centre un foyer cylindrique vertical entouré par au moins une lame d'eau cy lindrique verticale le tout surmonté par une chambre dtoxydation des gaz chauds provenant du foyer à travers une large ouverture centrale déterminée par les bords supérieurs de la lame d'eau, gaz qui sont ensuite entratnés périphériquement dans un conduit de fumée d'où ils sont extraits pour etre ultérieurement rejetés dans ltat- oosphère. Dans une telle chaudière, par exemple à deux lames d'eaux l'espace prévu entre la calotte de 11 enceinte extérieure et llou- verture supérieure de enceinte intérieure est de dimensions suffisantes pour former une chambre d'oxydation des gaz dès leur sortie du foyer. A la partie supérieure de cette chambre pénètre au moins un tube (muni d'un dispositif modérateur de tirage), mettant ladite chambre en communication avec l'extérieur. Par ce tube (ou ces tubes) 11 air tertiaire est aspiré et crée une ou plusieurs turbulences. Cet air oxyde complètement les gaz chauds avant que ces derniers soient à leur tour aspirés dans les conduits de fumées à laide d'aspirateurs appropriés extérieurs. Pour mieux faire oomprendre l'invention il est donné ciaprès un exemple préféré de réalisation en référence aux dessins annexés, dans lesquels - Figure 1 est une vue de dessus dtune chaudière à deux lames d'eau - Figure 2 est une coupe verticale suivant Il-Il de la figure I. - Figure 3 est une coupe verticale suivant III-IïI de la figure lo - Figures 4 à 9 sont des coupes horizontales à différents niveaux. - Figure 10 est un schéma montrant le foyer surmonté d'üne chambre d'oxydation. La chaudière se présente extérieurement sous la forme générale d'une cloche cylindrique 1 reposant verticalement sur un socles et munie de multiples accessoires et conduits. Le cylindre (ou cloche) 1 constitue une enceinte à deux parois 2 et 3 (sauf sur le socle) déterminant entre elles un espace 4. A l'intérieur de cette enceinte 1 est disposé en son centre, une autre enceinte cylindrique 5, plus petite, comportant également deux parois 6 et 7 déterminant entre elle un espace 8. Les espaces 4 et 8 communiquent entre eux à leur base par des canalisations 9 et approximativement au sommet par les canalisations 10.En outre > l'espace 4 communique avec l'extérieur à sa partie superieure, par au moins un conduit Il s'élevant au dessus du sommet et un conduit 4u partant latéralement, sensiblement au niveau de la partie supérieure de la paroi 3, tandis que espace 8 communique avec 11 extérieur par une conduite 12 prévue à sa base. Ces espaces 4 et t3 sont destinés à être remplis d'eau et à déterminer ce qu'il est convenu d'rappeler les lames d'eau, remarquables par le fait qu'elles sont verticales et concentriques. Dans l'exemple représenté ces lames sont au nombre de deux mais il serait évidemment possible de construire des chaudières avec un nombre de lames plus élevé. L'enceinte 5 est divisée intérieurement par une grille 13 horizontale ou inclinée, placée sensiblement au sixième de sa hauteur constituée par une série de tubes parallèles 14 (cownnnjF quant avec la lame d'eau centrale 8) sur lesquelles sont soudées une collection d'ailettes appelées plats réfractaires 15, laissant entre elles et le tube suivant une fente de faible section, mais suffisante pour laisser passer l'air. Au-dessus de la grille, sur la paroi cylindrique 7, entourant à ce niveau le foyer 16, on a prévu des pattes inclinées 17-18 pour la fixation de tôles 19 de guidage du combustible et de turbulence. Sous cette grille 13 se trouve le cendrier 20, sur lequel s'ouvre le tube 21 traversant les différentes parois 7, 6, a, 2 permettant de vider ledit cendrier, et fermé par le volet oscil lant 22. Au-dessus de la grille 13 on voit en 23 l'orifice de visite de chargement et de I' allumage de la chaudière, òù abrutit le tube 24, de grand diamètre, fermé par une porte 25 servant aussi de porte de visite. Avantageusement cet orifice 23 peut être obturé au choix soit par la porte pleine avec voyant ci-dessus > soit par une porte munie d'un brûleur. Ces portes ont un axe vertical de pivotement placé à gauche pour l'une et à droite pour l'autre, par rapport à l'orifice 23. Approximativement auxtrois/quarts de la hauteur de enceinte se trouve un autre orifice 26 prévu pour l'injection du combustible (sciures ou autres déchets combustibles) conduit par le tube 27 monté en biais afin que le combustible arrive tangentiellement à la paroi 7. A la partie supérieure le foyer 16 communique par une large ouverture 28 avec la chambre d'oxydation 29 comprise entre les parois 3 et 6. La chambre 29 a la forme générale d'une cloche dont la partie supérieure communique avec l'extérieur par des tubes 30 verticaux, dont 1'extrémité extérieure est recourbée et équipés des modérateurs de tirage.Entre les enceintes'l et 5 approximativement à mi-hauteur, est fixée une demi-couronne 31 formant chicane pour la fumée, au-dessus de laquelle est prévu un passage 32, fermé par la porte 33 pour l'inspection du circuit de fumée0 Sous cette chicane 31 part la canalisation 34 d'évacuation de la fumée qui est aspirée vers 1 extérieur. Il est en outre prévu à la base du conduit de fumée deux accès 35 et 36 pour le ramonage de type classique ou non. La chaudière est en outre munie des accessoires et appareils de contrôle habituels tels que thermomètre ou manomètre 37 et thermostat ou manostat 38, soupape de sûreté 39 et dans le cas de la vapeur (seulement) une régulation de sécurité de niveau d'ruz Le fonctionnement de la chaudière prête à l'emploi est le suivant Les espaces 4 et 8 étant remplis d'eau jusqutà la ligne nan dans le cas d'une chaudière à vapeur (mais rempli entièrement dans le cas de production "d'eau chaude seule) par orifice 23 on charge la grille 13 en combustible et on allume le feu manuellement puis on ferme la porte pleine munie d'un voyant.Le feu est ensuite nourri automatiquement par l'injection cyclonique doun mélange de conbustible et d'air comburant primaire F1 (voir figure 10) à l'aide du tube 27 qui le dirige sux la paroi 7 provoquant ainsi un tourbillon qui, à la base du foyer rencontre les plaques inclinées 19. La combustion a donc lieu en suspension et les morceaux incandescents quine seraient pas entièrement brûlés tombent sur la grille 13 à travers laquelle passe l'air secondaire F2 et où la combustion s'acheve. Les gaz chauds s'élèvent au centre du tourbillon, traversent l'orifice 28 pour pénétrer dans la chambre d'oxydation 29 où de l'air complémentaire tertiaire F3 pénètre par les tubes 30 modérateurs de pression. I1 est important de souligner le roule de la chambre d'oxydation, où l'apport d'air tertiaire provoque une ou plusieurs turbulences (une par tube modérateur) oxydant totalement les gaz avant que ces derniers poursuivent leur circuit F4. Après cette oxydation} les gaz sortent propres, c'est-à-dire inertes, sans imbrûlé ni coloration. Les gaz ainsi traités sont ensuite aspirés vers la partie inférieure de la chambre 44 formant conduit de fumée jusqu'à la canalisation 34 aspirant les fumées pour les diriger dans des purificateurs0 Pendant ce temps liteau est chauffée-dans les tubes 14 de la grille 13 dans la lame d'eau 8 par les parois 6 et 7, les tubes 9-10 et dans la lame d'eau 4 par la paroi 3.Dans le cas de l'exemple présenté l'eau chauffée à une température déterminée (110 C. par exemple) peut être soit utilisée directement grace à la canalisation 40, soit utilisée sous forme de vapeur s'échappant par la canalisation 11, soit utilisée sous les deux formes simul- tanément. Dans le cas où la formation de vapeur n'est pas nécessai re la distance verticale comprise au sommet entre les parois 2-3 pourrait etre la meme que la distance horizontale comprise à la base de la chambre 4, et ainsi, dans ce cas, la lame d'eau a par tout la même épaisseur. Lors du fonctionnement l'eau refroidit est ramenée-à la-base de la lame d'eau 8 par la conduite De nombreuses variantes sont possibles sans pour cela sortir du cadre de l'invention ainsi la grille du foyer pourrait etre en gradins, et situés sous la chaudière pour brûler des déchets humi- des conditionnés ou non. La figure 10 montre schématiquement une variante de 1'inven- tion. La chaudière est à une seule lame d'eau 41 entourant à la fois le foyer 16 et la chambre d'oxydation 29, et laissant à la partie supérieure un orifice 42 pouvant être plus ou moins obturé par un cone 43, freinant ainsi l'aspiration 4 des gaz épurés vers l'extérieur. R B V E N D I C A T I oN S 1. Chaudière à brûler des matières combustibles solides, notamment les copeaux de bois, les sciures ou tous autres déchets de combustibles pulvérulents ou poussiéreux conditionnés à cet effet, caractérisée en ce qu'elle comporte en son centre un foyer cylindrique vertical entouré par une lame d'eau également cylindrique et verticale; le foyer étant compris dans une enceinte à double parois ouverte à sa partie supérieure, et l'eau circulant entre les deux parois où elle est chauffée. 2e Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première enceinte est contenue dans une deuxième enceinte concentrique à la première et éventuellement dans une troisième enceinte concentrique à la seconde, en forme de cloche, chaque enceinte étant à double parois et agencée pour permettre une circulation d'eau sous forme de lame d'eau entre lesdites parois doubles, les lames d'eau communiquant entre elles à leurs bases et sommets et 1'ensemble communiquant avec 1'extérieur, chaque enceinte étant séparée de l'enceinte précédente ou suivante par un espace utilisé pour conduire les fumées. 3. Chaudière à brûler des matières solides, notamment des déchets de bois, caractérisée en ce qu'elle comporte en son centre un foyer vertical surmonté d'une chambre d'oxydatíon dans laquelle passent obligatoirement les gaz chauds provenant du foyer avant d'être évacués, ladite chambre étant pourvue de moyens pour l'introduction de l'air dit tertiaire de façon à former au moins une turbulence assurant une oxydation totale des gaz résultant de la combustion. 4. Chaudière suivant l'ensemble des revendications precédentes caractérisée en ce qu'elle comporte en son centre un foyer cylindrique vertical entouré par au moins une lame d'eau cylindrique verticale le tout surmonté par une chambre d'oxydation des gaz provenant du foyer à travers une large ouverture centrale déterminée par les bords supérieurs de la lame d'eau, gaz qui sont ensuite entraînés périphéxiquement dans le conduit de fumée d'où ils sont extraits pour être ultérieurement rejetés dans llatmosphère. 5. Chaudière selon l'une quelconque des revendications pro' cédentes, caractérisée en ce quelle comporte un injecteur de dé chets de bois ou autres, disposés de manière à ce que ces déchets pénètrent dans le foyer tangentiellement à la paroi dudit foyer au-dessus d'ailettes de guidage desdits déchets. 6. Chaudière selon l'ensemble des revendications 1, 2 et 4, caractérisée en ce que la chaudière est à deux lames d'eau, que l'eau est amenée à la base de la lame dgeau intérieure, est chauffée dans les tubes de la grille et entre les parois en contact avec le foyer et le conduit de fumée avant de passer dans la seconde lame surmontée d'une chambre dans laquelle l'eau chaude, od la vapeur basse pression est prélevée, où liteau chaude et la vapeur sont prélevées. 7; Chaudière selon les revendications 1 et 3, caractérisée en ce qu'elle est à une seule lame d'eau entourant à la fois le foyer et la chambre d'oxydation.