Brevet FR2348438A1 — publié le 19771110

La présente invention est relative à un brûleur pour un combustible pulvérulent. Son but est principalement de proposer un brûleur. permettant de pratiquer la chauffe des chaudières en utilisant, au lieu d'un combustible liquide onéreux tel que le fuel, des déchets secs réduits en poudre et dont la température d'inflammation est de l'ordre de 100 à 5B00C . Parmi ces déchets, rès répandus et par conséquent bon marché, on peut citer les déchets de bois, de paille, les feuilles mortes, les déchets textiles, etc... Par réduits en poudre on signifie que ces déchets ont été broyés par tout dispositif approprié, à meules par exemple, de façon à être mis en particules extrêmement fines d'un diamètre inférieur à 100 microns, et de préférence compris entre 1 et 5 mi crons: des particules aussi fines peuvent s'enflammer de de façon quasi instantanée. Un deuxième but de l'invention est que le brûleur proposé soit adaptable à toutes les chaudières fonctionnant normalement aux combustibles liquides tels que le fuel, sans modification de celles-ci quelle que soit la forme de leur chambre de combustion. Un troisième but de l'invention est de proposer un brûleur du type mixte, c'est-à-dire pouvant fonctionner soit au fuel, soit avec des particules solides finement broyées. Ces trois buts sont atteints se-lon l'invention en disposant coaxialement, donc sous un encombrement total voisin de celui d'un injecteur de fuel traditionnel, le conduit d'injection du combustible pulvérulent et deux conduits d'arrivée d'air disposés de part et d'autre de celui-ci. Cette double alimentation en air permet, sous cet encombrement réduit, à la fois un bon accrochage de la flamme sur le nez, ctest-à-dire en pratique une combustion en continu, grâce à l'ali- mentation en air extérieure et une parfaite oxygénation de la flamme, c'est-à-dire une combustion aussi complète que possible, gracie à l'injection d'air centrale, Le brûleur selon l'invention autorise donc des rendements particulièrement élevés avec les combustibles pulvérulents. De par la facilité de réglage de sa flamme, autorisée par un contrôle facile du débit et de l'orientation de l'air injecté dans la chambre de combustion, le bruleur selon l'invention peut être adapté à toutes les conditions de travail, et notamment à tous les combustibles envisageables et à toutes les formes de chaudières. En outre, 1'allumage du brûleur étant assuré par un injec teur de fuel coaxial, l'ensemble ne pénètre dans la chambre de combustion de la chaudière que par un orifice unique, en pratique l'orifice par lequel y pénètre habituellement le brûleur à carbu rant liquide, et une chaudière traditionnelle peut être équipée selon l'invention sans aucune modification. Le brûleur pour un combustible pulvérulent selon l'inven tion, notamment destiné au brûlage de déchets combustibles,réduits en poudre, dans une chaudière et comportant des moyens d'injection d'air et du combustible pulvérulent à brûler débouchant à l'inté rieur de la chaudière, est caractérisé en ce qu'il comporte - un conduit d'injection du combustible pulvérulent, dé bouchant à l'intérieur de la chaudière, - au moins deux conduits d'injection d'air, à raison d'un conduit central et d'un conduit périphérique disposés respectivement à l'intérieur et à l'extérieur du conduit d'injection de combustible pulvérulent, coaxialement à celui-ci, - des moyens d'alimentation en combustible pulvérulent sous pression du conduit d'injection correspondant, - des moyens d'alimentation en air sous pression des con duits d'injection correspondants. L'invention sera mieux comprise si lton se réfère à la description ci-dessous, relative à un mode de réalisation non li mitatif , ainsi qu'aux dessins annexés qui font partie intégrante de cette description. La figure I montre une vue d'ensemble d'un brûleur selon l'invention, en coupe partielle par un plan de symétrie générale ment vertical des conduits. La figure 2 montre un détail de la figure 1, illustrant les dispositions présentées par le brûleur à proximité de la sortie des différents conduits dans la chambre de combustion de la chau dière, La chaudière n'pst pas représentée ici, mais on a figuré en 1, sur la périphérie extérieure généralement cylindrique de l'ensemble 2 des conduits d'injection, la couronne servant à la solidarisation du brûleur avec la paroi de la chaudière; cette couronne 1 situe donc l'intérieur 3 de la chambre de combustion de la chaudière et l'extérieur 4 ou se trouvent les pompes d'alimenitation en combustible et en air, ainsi que les moyens de réglage e 1a f flamme. Ces figures montrent que l'ensemble d'injection 2 pénétrant à l'intérieur 3 de la chaudière est formé de quatre tubes essentiellement cylindriques de révolution autour dtun axe 5, aci horizontal, qui portent ici les références 6 à 9 par ordre de diamètre croissant. Le tube 6 est relié, vers l'extérieur 4 de a chaudière, à une pompe à fuel 10 et se termine, à l'intérieur 3 de la chambre de combustion, par une buse d'injection il de type connu, au niveau d laquelle sont disposées deux électrodes d'inflammation du fuel telles que t2; cette partie fonctionnant au fuel n'est utilisée que pour l'inflammation des déchets lors de la mise en route du brûleur ou en cas d'arrêt accidentel de la combustion. Le tube 7 immédiatement voisin du tube 6 délimite quant à lui avec ce dernier un conduit I3 relié, vers l'extérieur 4 de la chaudière, à des moyens d'alimentation en air sous pression constitués ici par un ventilateur à vitesse variable 14. L'ensemble solidaire formé par le tube 6, sa buse Il, et par le tube 7 étant mobile en translation le long de l'axe 5, comme il sera décrit plus loin, les tubes 6 et 7 sont reliés respectivément à la pompe à fuel 10 et au ventilateur 14 par des flexibles, respectivement I5 et I6. La sortie 17 du tube 7 et du conduit I3 est située à l'intérieur 3 de la chaudière, légèrement en aval de la buse d'injection 5i et des électrodes d'allumage 12. Dans une zone 18 voisine de la buse d'injection 11, le tube 7 s'évase vers sa sortie I7, ici sous la forme d'un cone de révolution autour de l'axe 5, pour reprendre une forme cylindrique de révolution autour de cet axe dans la zone 19 située en aval de la buse tt par rapport au sens d'injection 20. Dans sa partie cylindrique I9, à proximité de sa sortie I7, le conduit I3 comporte intérieurement une couronne périphérique 21 formée d'ailettes imprimant à l'air qui en est issu un mouvement de rotation autour de l'axe 5. Le tube 8 délimite quant à lui avec le tube 7 un conduit 22 coaxial au conduit I3 et fixe par rapport à la couronne I et par rapport à la chaudière. Ce conduit 22 est utilisé pour l'injection du combustible pulvérulent à brûler et, à cet effet, il est relié, vers l'extérieur 4 de la chaudière, à tout dispositif approprié d'alimentation en combustible pulvérulent : on a ici prévu un ventilateur 23 à vitesse variable, alimenté par exsmple par une vis sans fin chariant le combustible prélevé dans une trémie, ellemême alimentée par des broyeurs lorsqu'ii s'agit par exemple de brûler des déchets ne se présentant pas à l'origine sous forme de poussière (ces éléments ne sont pas représentés ici). A proximité de sa sortie 24, qui est située à l'intérieur 3 de la chambre de combustion de la chaudière, le tube 8 perd ici sa forme cylindrique de révolution autour de l'axe 5 pour prendre, dans une zone 25, une forme tronconique de révolution autour de l'axe 5 et convergente vers la sortie 24. Ainsi, par la double action de la zone tronconique 18 du tube 7 et de la zone tronconique 25 du tube 8, la section transversale du conduit 22 diminue progressivement jusqu'à la sortie 24 de celui-ci, un tel étranglement tendant à augmenter la pression à laquelle le combustible pulvérulent est pulvérisé dans la chambre de combustion 3. Comme le montrent les figures, le tube 8 décrit un coude à l'extérieur 4 de la chaudière, les tubes 5 et 7 se prolongeant quant à eux au-delà de ce coude en traversant la paroi du tube 8, en une zone 26 comportant un manchon 27 présentant une face interne cylindrique de révolution autour de l'axe 5 et d'un diamètre voisin du diamètre extérieur du tube 7, avec lequel l'étanchéité est assurée ici par deux joints toriques 37. Le coulissement de l'ensemble formé par les tubes 6 ct 7 par rapport aux autres éléments du brûleur le bang de l'axe 5 est donc possible sans fuite; il est commandé par exemple par une vis 28 parallèle à l'axe 5, montre à rotation dans une patte 29 solidaire du tube 7 à l'extérieur du tube 8 et susceptible d'être vissée plus ou moins dans une patte 30 solidaire du manchon 29. Au cours de ce mouvement de translation de l'ensemble formé par les tubes 6 et 7 le long de l'axe 5, la zone tronconique I8 du tube 7 se déplace en regard de la sortie 24 du conduit 22, provoquant l'augmentation ou la réduction de la section offerte au passage du combustible pulvérulent. Dans l'exemple représenté aux figures 1 et 2 l'ensemble mobile constitué par les deux tubes concentriques 6 et 7 est représenté dans sa position limite de rentrée et ne peut se déplacer que vers la droite sur les figures ce qui a pour effet d'augmenter la largeur de l'ouverture annulaire 24. D'autre part la pente de la partie tronconique 18 est plus forte que celle de la partie tronconique 25 qui lui fait face il en résulte que le flux de matière traversant cet étranglement annulaire a une direction légèrement divergente et a tendance à s'évaser; de plus, lorsque l'ensemble mobile est déplacé vers la droite, la partie conique 18 fait saillie en avant de la partie conique 25 ce qui accentue l'effet d'évasement. En outre, comme cela est représenté sur les figures, le tube 7 comporte, après la zone tronconique I8, une partie cylindrique I9, de telle sorte que l'orifice terminal I7 du tube 7 est situé en avant de l'orifice annulaire 24, ce qui facilite l'accrochage et la stabilité de la flamme. Autour du tube 8, le tube 9 définit avec celui-ci un conduit 31 fixe, relié au même ventilateur I4 que le conduit I3, mais par l'intermédiaire d'un clapet 32. Le tube 9 conserve une forme cylindrique jusqu'à sa sortie qui est située dans le même plan transversal par rapport à l'axe 5 que la sortie 24 du tube 8 et du conduit 22, mais le conduit 31 s'évase progressivement vers cette sortie du fait de la conicité du tube 8. Au niveau de cette sortie, le conduit 31 présente une couronne annulaire d'ailettes 33 comparable à la couronne 21 dont est muni le conduit I3, mais de pas inverse afin que l'air issu du conduit 31 tourne autour de l'axe 5 en sens inverse de l'air issu du conduit I3. Ces deux mouvements inverses contrarient la flamme formée après allumage à la sortie 24 du conduit 22 d'injection du combustible pulvérulent, et l'attirant vers le brûleur, empêchant ainsi son extinction. En outre, comme il a été dit plus haut, i'air issu du conduit central I3 oxygène parfaitement la flamme et améliore le rendement de l'installation. Le débit des conduits d'injection d'air est naturellement fonction notamment du matériau traité et des dimensions des différents conduits du brûleur, mais une injection à raison d'un tiers du volume d'air injecté par le conduit périphérique 3I pour deux tiers injectés par le conduit central I3 semble être une valeur moyenne communément admissible. Naturellement, ce chiffre est donné à titre purement indicatif. Comme cela est représenté aux figures l'orifice annulaire 9a du conduit 9, l'orifice annulaire 24 et l'orifice I7 débouchent dans une chambre 34 solidaire du tube 9 cs,-sQituant une chambre de détente et de stabilisation de la flamme. De préférence cette chambre de détente sst cylindrique et dtun diamètre supérieur à celui du tube 9 auquel elle est raccordée par un raccord tronconique 34a. L'orifice de sortie 35 de cette chambre 34 est délimité par une collerette 36 également tronconique. De préférence les dimensions de la collerette 36 sont telles que le diamètre de l'orifice 35 est légèrement supérieur au diamètre de l'orifice 9a. Bien que cela ne soit pas représenté sur la figure, la collerette 36 peut être démontable de façon que la collerette 36 puisse être remplacée par une autre collerette de forme analogue mais de dimensions différentes afin de régler la stabilité de la flamme. Le fonctionnement d'un brûleur selon l'invention peut être le suivant. La mise en route s'effectuant par exemple au fuel, on commence dans un premier temps par admettre du fuel dans le tube 6 et l'on met en route le ventilateur I4 à sa vitesse minimale; le clapet 32 se trouvant en position fermée, on alimente ainsi le conduit I3 en air sous pression nécessaire à la combustion du fuel, que l'on enflamme par exemple au moyen des électrodes telles que I2. Un dispositif tel qu'une cellule photo-électrique placée dans le coude du conduit 22 contrôle l'allumage et, par exemple au bout d'une dizaine de secondes, commande l'arrivée du combustible pulvérulent en provoquant la mise en route du ventilateur 23 et de ses accessoires d'alimentation, qui passent progressivement à leur vitesse maximale. Simultanément, le ventilateur I4 passe de sa vitesse mini màle à sa vitesse maximale avec ouverture du clapet 32 pour provoquer l'alimentation du conduit 31 en air sous pression. L'air issu des deux conduits I3 et 31 se détend à leur sortie respective et tourbillonna, de part et d'autre du combustible pulvérulent issu du conduit 22, sous l'action des ailettes 21 et 33. Le combustible pulvérulent s'enflamme alors et, environ dix secondes après le début de son injection, on arrete l'injection de fuel. Toutefois, le dispositif tel qu'une cellule photo-électrique vogué plus haut contrôle le maintien de la flamme et, en cas d'extinction, provcque à nouveau l'alimentation en fuel et un nou eau cycle de mise en route. Le plage de la flamme est obtenu en jouant - sur la longueur des parties rectilignes des conduits. - sur la position du cône divergent 18 par rapport au cône convergent 25, - sur la longueur de la partie cylindrique 19 - sur la longueur de la chambre de détente. - sur la dimension de la collerette 36. - sur la vitesse et le débit de l'air dans le conduit interne 13. - sur la vitesse et le débit de l'air dans le conduit externe 31. - sur la vitesse et le débit du mélange air/matières dans le conduit 22. La longueur des parties rectilignes des conduits est de préférence déterminée de façon à avoir un écoulement laminaire stabilisé. La position du cône divergent I8 par rapport au cône convergent 25 a pour effet de régler l'effet d'tvasement : lorsque les pièces sont dans la position représentée aux figures la flamme est longue et mince, au fur et à mesure que la partie tronconique I8 s'avance par rapport à la partie tronconique 25 la flamme devient de plus en plus courte et grosse. La longueur de la partie cylindrique I9 détermine la position de l'orifice I7 par rapport au plan des orifices annulaires 24 et 9a, ce qui influe sur la stabilité et l'accrochage de la flamme. La longueur de la chambre de détente a également une influence sur la stabilité et l'accrochage de la flamme ainsi que les dimensions de la collerette 36. La vitesse et le débit de l'air et des combustibles pulvérulents injectés peut naturellement varier dans une grande mesure, notamment en fonction de la nature du combustible- brûlé. Dans le cas du bois, il est apparu qu'une proportion de I2m3 d'air par kilo de bois brûlé donnait toute satisfaction ; il est apparu également aux essais qu'il était préférable de maintenir la vitesse d'injection du combustible pulvérulent inférieure à environ I5m par seconde pour faciliter l'allumage, ce chiffre étant comme le précédent donné à titre purement indicatif et variant suivant les matSriaux brûlés. En ce qui concerne les proportions d'air dans les conduits respectifs on a obtenu de bons résultats avec de la poudre de bois en particules d'une grosseur inférieure à 5 microns en employant 4 volumes d'air dans le conduit I3 pour deux volumes d'air dans le conduit 31 et trois volumes d'air dans le conduit 22 pour véhiculer le produit à brûleur, ' Le brûleur ainsi décrit peut être employé en remplacement de tout brûleur à mazout et peut en particulier être placé dans toute chaudière. REVENDICATIONS 1.- Brûleur pour carburant pulvérulent, constitué de matières combustibles réduits en particules d'une très grande fi nesse, comportant des moyens d'alimentation en en air et en combus- tible débouchant dans une zone où ils sont melangés et enflammés, caractérisé par le fait qu'il comporte - un conduit d'injection du carburant solide en poudre - deux conduits d'injection d'air, co-axiaux au conduit d'in- jection du carburant et disposés respectivement à l'intérieur et à extérieur de celui-ci - une chambre de détente et de stabilisation de la flamme dans laquelle débouchent ces différents conduits. 2.- Brûleur selon la revendication 1, dans lequel la chambre de détente est solidaire du conduit externé d'injection d'air, 3.- Brûleur selon la revendication 1 dans lequel l'ori- fice du conduit interne d'injection d'air débouche dans la chambre de détente en amont de l'orifice du conduit d'injection de carburant solide et du conduit externe d'injection d'air. 4.- Brûleur selon la revendication 1 dans lequel le conduit d'injection de carburant solide est annulaire sa paroi interne étant constituée par la paroi du conduit interne d'injection d'air et sa paroi externe étant constituée par la paroi interne du conduit externe dtinjection d'air, qui l'entoure. 5.- Brûleur selon la revendication 4 dans lequel la paroi externe dudit conduit d'injection de carburant est terminée par une partie convergente et sa paroi interne par une partie divergente de telle sorte que sa section décroit. 6.- Brûleur selon la revendication 5 dans lequel la partie interne divergente est mobile par rapport à la partie interne convergente. 7.- Brûleur selon la revendication 6 dans lequel la partie interne divergente peut venir en amont de la partie convergente ce qui a pour effet d'évaser le flux débouchant de orifice. 8.- Brûleur selon la revendication 7 dans lequel la partie interne divergente a une pente plus forte que celle de la partie externe convergente. 9.- Brûleur selon la revendication 5 dans lequel la partie divergente se termine par une partie cylindrique de telle sorte que l'orifice du conduit interne d'injection d'air ------------ débouche dans la chambre de détente on aval des orifices du conduit d'injection de carburant et du conduis externe d'injection d'air. 10.- Brûleur selon la revendicatiol. 9 dans lequel ladite partie cylindrique a une longueur qui peut être déterminée a' vo lonté. 11.- I3rûlaur selon la revendication 2 dans lequel la chain- Ire de détente est cylindrique, est raccordée au conduit externe d'Lnjection d'air par un raccord tronconique et est terminée par une collerette tronconique. 12.- Brûleur selon la revendication il dans lequel les dimensions de la collerette peuvent entre déterminées à volonté. 13.- Brûleur selon la revendication 11 dans lequel la longueur de la partie cylindrique de la chambre de détente peut être déterminée à volonté. 14. Brûleur selon la revendication 1 dans lequel le conduit interne dtinjection d'air entouro un conduit d'alimenta tion en combustible et des moyens allumage de ce combustible. 1v.- Brûleur selon la revendication 14 dans lequel le combustible liquide est du fuel et les moyens d'allumage des élec trodes. 16.- Brûleur selon la revennication 14 dans lequel le conduit de combustible est co-axial au conduit interne dtinjec- tion d'air et est mobile avec lui. 1j.- Brûleur selon la revendication 1 dans lequel les orifices par lesquels débouchent les doux conduits d'injection d'air sont munis d'ailettes à pas inverses, 18.- Brûleur selon la revendication 1 dans lequel le carburant solide pulvérisé est véhiculé dans le conduit approprié par un flux d'air émis par un ventilateur à vitesse et débit va riables 19.- Brûleur selon la revendication 1 dans lequel l'air des deux conduits d'injection est fourni par un ventilateur a vites- se et débits variables. 20.- Brûleur selon la revendication 19 dans lequel le conduit externe d'injection d'air est muni d'un clapet qui est intis en position fermée lorsque la conduite do combustible liquida est alimentée.