Brevet FR2299073A1 — publié le 19760827

La présente invention concerne un dispositif pour réduire la teneur en oxydes d'azote NOx dans les gaz provenant de la combustion de combustibles gazeux ou liquides dans des chaudières a' plusieurs brûleurs et à un seul étage de combustion. Des oxydes d'azote NOx se forment lors de la combustion des combustibles d'origine fossile par oxydation du monoxyle d'azote NO qui n'est pas lui-même dangereux. Ces oxydes d'azote peuvent provenir de l'azote de l'air ou de l'azote des combustibles. Lorsque leur concentration est importante, ces oxydes d'azote sont nocifs et dangereux pour la vie animale et végétale et il est donc indispensable de maintenir leur teneur dans l'air sous une valeur limite déterminée. On sait qu'il est possible de diminuer la teneur en oxydes d'azote NOX dans un gaz de combustion par réduction de la température de flamme et/ou par l'utilisation de combustibles gazeux en proportions sensiblement stoechiomé- triques. Un moyen pour réduire la teipérature de flaire consiste à effectuer une recirculation des gaz de combustion, c'est-a-dire que l'on injecte des gaz plus froids dans la chambre de combustion pour refroidir la-flamme. La formation des oxydes d'azote peut également être limitée par réduction de l'excès d'alimentation en air lors de la combustion. Ceci peut être réalisé au moyen d'une combustion a' deux étages, le premier étage de combustion s'effectuant avec une sousalimentation en air. Il est ainsi possible, d'une part de limiter la température de flamme, d'autre part de refroidir les gaz entre le premier et le deuxième étage, avant que la combustion ne soit terminée. Les deux procédés décrits ci-dessus permettent de réduire la teneur en oxydes d'azote NOX dans les gaz de combustion, mais s'accompagnent cependant de plusieurs inconvénients. En particulier ils provoquent un entraneraent de combustibles non brûlés, d'où résulte une perte qui limite le rendement. En outre, ils nécessitent une construction et un règlage complexes et coûteux. Aucune disposition constructive n'a pu jusqu'à présent procurer une diminution de la teneur en oxydes d'azote de façon efficace. Des travaux de recherche ont montré que la disposition des brûleurs, dans les angles ou sur la face frontale du foyer, n'avait manifestement qu'une faible influence sur la teneur en oxydes d'azote. Bien que les chaudières de petites dimensions fournissent des gaz de combustion dont la teneur en oxydes d'azote est plus faible que dans les chaudières importantes, elles présentent cependant des inconvénients et des dangers d'autant plus grands qu'elles n'utilisent pas de hautes cheminées pour rejeter les gaz brûlés dans l'atmosphère environnante. Conformément à la présente invention, il est possible de réduire la teneur en oxydes d'azote NOx dans les gaz de combustion des chaudières alimentées au fuel ou au gaz, d'une façon simple, c'est-à-dire sans recourir à une combustion à deux étages ou à une recirculation des gaz brûlés. On peut ainsi assurer plus facilement une combustion dans des conditions sensiblement stoechiométriques. Suivant les caractéristiques essentielles de la présente invention, la chambre de combustion est partagée en plusieurs compartiments par des cloisons tubulaires étanches disposées parallèlement à l'axe des brûleurs et s'étendant jusqu'aulx conduits d'élimination des gaz brûlés; en outre chaque compartiment ainsi délimité comporte son propre brûleur. Suivant cette disposition les tubes constituant les cloisons de séparation peuvent se raccorder directement aux tubes constituant les parois périphériques de la chambre de combustion. La mise en place de ces cloisons intermédiaires permet de diviser la chambre de combustion de telle sorte que la flamme des brûleurs soit.uniformément refroidie. Ce refroidissement uniforme entratne une diminution de la température de flamme, et par suite une réduction de la teneur en oxydes d'azote. Ce dispositif permet d'obtenir des résultats aussi bons que ceux des chaudières à tube-foyer qui sont connues pour la faible teneur en oxydes d'azote NOX dans leurs gaz de combustion. A l'exception du cloisonnement pour diviser la chambre de combustion, il n'est pas nécessaire d'apporter de modification à la chaudière. Le montage peut donc s'effectuer à partir d'une chaudière classique sans accessoires ou dispositifs complémentaires. Plusieurs exemples de modes de mise en oeuvre de dispositifs de la présente invention sont donnés ci-après à titre npn limitatif, en référence aux figures annexées, qui représentent: Fig.l: coupe longitudinale d'une chaudière comportant le dispositif selon l'invention. Fig.la : coupe longitudinale d'une chaudière comportant une variante du dispositif selon l'invention. Fig.2 : coupe suivant II-II sur la fig.l Fig.3 : coupe longitudinale d'une chaudière comportant un autre dispositif conforme à l'invention. Fig .4 coupe longitudinale d'une chaudière comportant un foyer supérieur. Fig.5 : coupe suivant V-V sur la fig.4 La chaudière représentée sur les figs.1 à 3 comporte une chambre de combustion 1 dont la paroi frontale est pourvue de plusieurs brûleurs 2 alimentés au gaz ou au fuel. Les gaz quittant la chambre de combustion 1 parviennent dans un conduit d'élimination des gaz brûlés 3 attenant à la chambre de combustion, et pénètrent dans la cheminée par l'ouverture 4. Dans le conduit d'élimination des gaz brûlés 3 sont placées des plaques de récupération de la chaleur qui peuvent faire fonction de surchauffeur ou de préchauffeur d'eau d'alimentation. Les tubes 6 de la chambre de combustion 1 sont soudés les uns aux autres pour former une paroi étanche et sont connectés à un cylindre supérieur 7 et un cylindre inférieur 8. La chambre de combustion 1 représentée sur a fig.l est divisée en deux compartiments la et lb, au moyen de la cloison 9. Cette cloison 9 est constituée de tubes soudés les uns aux autres et également connectés aux cylindres 7 et 8. Ces tubes participent donc au même cycle de circulation d'eau que les tubes 6 constituant la paroi périphérique de la chambre de combustion. Les tubes constituant la cloison 9 doivent être soudés les uns aux autres de façon à procurer une étanchéité parfaite, de telle sorte qu'il ne puisse se former aucun espace mort où pourrait s'accumuler du noir de fumée, entre eux et la paroi périphérique avoisinante de la chambre de combustion 1. Selon la variante représentée sur la fig.la, les tubes de la cloison intermédiaire 9a ne sont pas connectés directement aux cylindres 7 et 8 mais sont reliés, par une dérivation 14, à la paroi périphérique verticale de la chambre de combustion 1. Cette variante peut également être utilisée dans les divers exemples de mise en oeuvre du dispositif de l'invention décrits ci-après. Un brûleur 2 est disposé dans chaque compartiment la et lb de la chambre de combustion l. De cette façon la flamme de chaque brûleur 2 est uniformément entourée par les tubes de refroidissement, ce qui permet de réduire la température de flamme. Cet entourage de la flamme s'étend sur toute la longueur de la chambre de combustion 1 et, comme indiqué sur la fig.2, la cloison intermédiaire 9 s'étend de la chambre de combustion 1 aux conduits d'élimination des gaz brûlés 3. La chaudière représentée sur -la fig.3 comporte quatre brûleurs 2 disposés sur sa paroi frontale. Selon le principe décrit plus haut, on utilise alors deux cloisons intermédiaires 10 et Il qui divisent la chambre de combustion 1 en quatre compartiments lc, ld, le, 1f, de dimensions sensiblement équivalentes. Chaque compartiment est pourvu de son propre brûleur 2. Les tubes constituant les cloisons de séparation 10 et Il sont soudés les uns aux autres de façon étanche et participent au même cycle de circulation que les tubes constituant la paroi périphérique de la chambre de combustion 1. A l'intersection des deux cloisons 10 et 11, au centre de la chambre de combustion 1, les tubes sont reliés les uns aux autres. Les figures 4 et 5 représentent le dispositif suivant l'invention appliqué à une chaudière comportant quatre brûleurs supérieurs 12. Les quatre cloisons intermédiaires 13 partagent la chambre de combustion en quatre compartiments de dimensions sensiblement equivalentes dont chacun comporte son propre brûleur supérieur 12. Dans la partie inférieure de la chambre de combustion les tubes ne sont plus soudés les uns aux autres, mais séparés pour permettre le passage des gaz dans le conduit d'élimination des gaz brûlés 3. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour réduire la teneur en oxydes d'azote NOX dans les gaz de combustion de chaudières à combustibles gazeux ou liquides, utilisant plusieurs brûleurs et un seul étage de combustion, caractérisé en ce que la chambre de combustion est partagée en au moins deux compartiments comportant chacun un brûleur, au moyen d'au moins une paroi tubulaire étanche s'étendant parallèlement à l'axe des brûleurs jusqu'au conduit d'élimination des gaz brûlés. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes de la paroi tubulaire sont connectés aux tubes de la paroi périphérique de la chambre de combustion au moyen d'une dérivation.