Brevet FR2379766A1 — publié le 19780901

La présente invention est du domaine des appareils à combustion et elle vise plus particulièrement un dispositif permettant de brûler des déchets ligneux, tels que sciure par exemple, transportés dans un courant d'air. La cherté des combustibles fossiles tels que charbon et pétrole a, depuis un passé récent, stimulé les recherches visant la combustion a des fins de chauffage, de divers déchets industriels ou agricoles ; c'est ainsi que l'on connait des procédés de chauffage par combustion des déchets ligneux tels que sciure et autres copeaux, ces procédés consistant généralement à prélever dans un silo les déchets a brûler, à les diviser par broyage puis a les injecter, véhiculés dans un courant d'air directement dans la gueule d'une chaudière ou ils s'enflamment plus ou moins spontanément sous l'action de la chaleur rayonnée dans le foyer ; il semble bien toutefois que l'inflammation des déchets ainsi injectés ne soit pas aussi spontanée que cela serait souhaitable et que la combustion soit bien souvent incomplète ; c'est la raison pour laquelle de tels procédés comportent aussi l'injection simultanée d'un combustible plus inflammable tel que pétrole ou gaz par exemple, les déchets ligneux devenant alors des combustibles d'appoint, de la combustion desquels on tire partie tant bien que mal. Le but de la présente invention est de brûler des déchets ligneux de façon complète sans adjonction d'autre combustible et l'idée directrice qui a guidé le demandeur dans sa démarche inventive a été de prélever une partie de la chaleur de combustion dans des zones chaudes pour la conduire dans une zone plus froide dans laquelle circulent l'air et les déchets, et réchauffer ces derniers jusqu'a provoquer leur pyrolyse. Selon la présente invention un dispositif, dit bruleur pyrolytique permettant la combustion d'un mélange combustible constitué par des déchets ligneux divisés, véhiculés dans un courant d'air, est caractérisé dans sa généralité en ce qu'il comprend principalement une enceinte, dite chambre de pyrolyse, pourvue d'une ouverture d'entrée du dit mélange et d'une ouverture de sortie, des moyens pour transférer une partie de la chaleur de combustion depuis l'ouverture de sortie vers l'ouverture d'entrée et des moyens pour ralentir la progression des dits déchets ligneux dans la dite chambre, les dits moyens de transfert pouvant être avantageusement constitués par au moins une pièce massive de forme sensiblement allongée disposée dans la dite chambre et s'étendant approximativement de l'ouverture d'entrée à l'ouverture de sortie, la dite pièce étant constituée d'une matière telle que métal, bonne conductrice de la chaleur, et les moyens de ralentissement pouvant être avantageusement constitués par au moins une pièce, de préférence massive, en forme de grille ou de tamis, obstruant partiellement le passage du mélange et délimitant dans la chambre de pyrolyse une partie amont et une partie aval ; de préférence encore la dite pièce en forme de tamis est, elle aussi, constituée d'une matière bonne conductrice de la chaleur telle que métal ; de préférence encore la pièce constituant les moyens de transfert et la pièce constituant les moyens de ralentissement sont en bon contact thermique ; il résulte de la coopération des deux moyens précités que la pyrolyse, d'abord, puis au moins partiellement la combustion, ensuite, des déchets ligneux peuvent commencer dès l'entrée des déchets dans la chambre de pyrolyse, grâce aux flux inversés des matières d'une part, et d'une partie de la chaleur de combustion d'autre part ; il en résulte aussi que les déchets ligneux ne peuvent sortir de la chambre de pyrolyse sans que leur volume n'ait été considérablement réduit, soit par la pyrolyse, soit par la combustion ; de préférence enfin et en vue d'un meilleur échange de chaleur entre les gaz et la pièce massive, cette dernière offre au mélange combustible au moins dans sa partie la plus chaude, un trajet en chicanes, et elle est profilée au moins au voisinage de sa partie la plus froide de façon à permettre un bon écoulement et une bonnne répartition du mélange combustible. Selon une forme préférée de réalisation combinant avantageusement les deux caractéristiques sus-énoncées, à savoir : présence d'une pièce massive de forme allongée et présence d'une pièce en forme de grille dans la chambre de pyrolyse, la pièce massive est un cylindre métallique creux dont une première extrémité, voisine de l'ouverture d'entrée de la dite chambre, est obstruée et dont la paroi est pourvue d'une pluralité de perforations faisant communiquer l'espace extérieur du cylindre avec son espace intérieur ; toujours selon cette forme préférée de réalisation, l'ouverture de sortie de la dite chambre est de forme circulaire pour permettre l'emboitement, de préférence étanche, de la seconde extrémité du dit cylindre ; il résulte de cette disposition que le passage du mélange combustible constitué par l'air et les déchets ligneux se fait depuis l'ouverture d'entrée vers l'ouverture de sortie à travers la paroi du cylindre ; cette disposition, d'une part entraine la formation d'un trajet en chicanes favorisant l'échange thermique, d'autre part empêche le passage de déchets non pyrolysés, enfin a comme conséquence que la partie la plus chaude du mélange brumé se trouve à l'intérieur de la pièce massive ce qui évite l'échauffement inutile des parois de la chambre.De préférence encore et en vue d'éviter une surchauffe inutile de la pièce massive, surchauffe conduisant à la formation de résidus vitreux sur cette dernière, cette pièce massive est pourvue de moyens de refroidissement constitués par une pluralité de canaux longitudinaux ménagés dans la paroi du cylindre constituant la dite pièce massive, ces canaux étant destinés à permettre le passage d'un air secondaire de combustion et de refroidissement du cylindre ; de préférence encore ces canaux contiennent une spirale métallique pour favoriser l'échange de chaleur entre l'air secondaire et le cylindre. Toujours selon cette forme préférée de réalisation, la première extrémité du cylindre est constituée par un disque métallique massif comportant une rainure annulaire pour relier entre eux les dits canaux et les mettre en relation avec un conduit d'arrivée d'air secondaire. Selon une première variante de cette forme préférée de réalisation, une masse métallique, de forme sphérique par exemplé est disposée sur le disque d'obturation,du côté opposé au cylindre, la dite masse métallique servant de réserve de chaleur pour amorçer la pyrolyse des dits déchets. Selon une seconde variante, le disque d'obturation est évidé pour permettre le passage d'au moins une pièce métallique pleine de forme allongée s'étendant à l'intérieur du cylindre métallique creux et se prolongeant par de là le disque en dehors du dit cylindre du côté de l'ouverture d'entrée de ladite chambre ; de préférence ladite pièce pleine est bridée sur le disque par l'intermédiaire d'un joint réfractaire isolant,un certain jeu étant ménagé entre le disque d'obturation et ladite pièce de façon à éviter un transfert de chaleur entre la pièce pleine et le disque ; la pièce métallique pleine sert à récupérer une partie de la chaleur produite à l'intérieur du cylindre pour la transférer au voisinage de l'ouverture d'entrée en vue d'y amor çer la pyrolyse des dits déchets. La présente invention sera mieux comprises et des détails supplémentaires en relevant apparaitront à la description qui va être faite des formes particulières d'exécution en relation avec les figures et planches annexées dans lesquelles La Fig. 1 est un schéma explicatif de l'invention prise dans sa généralité, La Fig. 2 est une représentation partiellement coupée en perspective d'une pièce massive caractéristique du dispositif de l'invention, La Fig. 3 est une coupe longitudinale d'un dispositif de l'invention selon une première variante d'exécution, La Fig. 4 est une coupe longitudinale d'un dispositif de l'invention selon une seconde variante d'exécution et la Fig. 4 bis étant une vue de face d'une extrémité de la pièce massive. Sur la Fig. 1 une chambre de pyrolyse l a une conformation sensiblement allongée en tuyère pour recevoir à son extrémité d'entrée 2 un mélange combustible constitué par des déchets ligneux divisés, véhiculés dans un courant d'air (flèches en trait plein 3) et diriger ce mélange vers son extrémité de sortie 4 ; une pièce massive 5 de forme sensiblement allongée est constituée d'une matière bonne conductrice de la chaleur telle que métal et disposée dans la chambre de pyrolyse ; la pièce massive 5 est destinée à transférer une partie de la chaleur de la combustion des déchets depuis une zone chaude 6 voisine de l'extrémité de sortie vers une zone plus froide 7 voisine de l'extrémité d'entrée ; le transfert de la chaleur s'effectue par conduction dans la pièce et il est représenté par les flèches en tirets 8.Au moins une pièce telle que 9, de préférence elle aussi massive, en forme de grille ou de tamis, est disposée sur le trajet du mélange combustible et sépare la chambre de pyrolyse en une section amont et une section aval par rapport à ce trajet ; la pièce 9 est destinée à retenir des déchets ligneux qui n'auraient pas subi la pyrolyse et/ou partiellement la combustion ; de préférence la pièce 9 est en bonne relation thermique avec la pièce de forme allongée 5 et de préférence elle peut former corps avec elle. Ainsi grâce aux flux inversés du mélange combustible (.3) et de la chaleur (8), la pyrolyse des déchets ligneux s'effectue au voisinage de l'entrée de la chambre et la combustion est à peu près complète à la sortie.L'extrémité de la pièce massive la plus proche de l'ouverture d'entrée de la chambre est avantageusement profilée de façon à permettre un bon écoulement et une bonnne répartition du mélange combustible dans la chambre. La partie arrière de cette pièce peut être avantageusement conformée de façon à offrir au mélange combustible un trajet en chicanes afin d'améliorer l'échange thermique. Le métal constitutif des pièces 5 et 9 ou la pièce unique qui les rassemble peut être le titane qui allie une grande passivité au regard des phénomènes de corrosion et une excellente conductibilité thermique ; mais il s'agit d'un métal cofteux, aussi peut on avantageusement utiliser pour ces pièces massives un acier à très basse teneur en carbone. Sur la Fig. 2 une forme particulièrement avantageuse de réalisation des pièces massives sus-décrites dans leur généralité, est un cylindre creux 10 obturé à l'une de ses extrémités par un disque il ; la paroi du cylindre 10 est pourvue d'une pluralité de perforations telles que 12 faisant communiquer l'espace extérieur du cylindre avec son espace intérieur 13 ; cette conformation de la pièce massive en cylindre creux à paroi perforée présente deux avantages : en premier lieu elle réalise la forme en chicanes du trajet du mélange combustible et permet un excellent échange thermique entre les flammes et la pièce ; en second lieu la partie la plus chaude des flammes se trouve à l'intérieur du cylindre tandis que la partie la plus froide se trouve à à l'extérieur ; de ce fait la paroi de la chambre de pyrolyse contenant le cylindre reste à une température relativement basse, ce qui a pour avantage d'une part que la corrosion en est réduite et qu'un minimum de chaleur est perdu à travers cette paroi. Une autre caractéristique représentée sur cette même figure réside dans une pluralité de canaux longitudinaux tels que 14 ménagés dans l'épaisseur de la paroi du cylindre 10 ; ces canaux sont reliés par l'intermédiaire d'une rainure 15 ménagée dans le disque 11 à un conduit d'arrivée d'air 16 cet air sert d'une oart au refroidissement de la pièce lO et d'autre part, comme cela sera expliqué plus loin, d'air secondaire de combustion. L'expérience a montré qu'il était nécessaire que la température de cette pièce n'excède pas 8000, car il y a alors risque de formation de résidus vitreux provenant des cendres de combustion, et par là risque d'obstruction des perforations et diminution de l'échange thermique.Sur la Fig. 2 une pièce pleine 17 est logée à l'intérieur du cylindre creux 10 et, passant à travers une lumière du disque 11, débouche à l'extérieur du cylindre creux du côté de l'entrée du mélange combustible ; il est à noter que cette pièce pleine est facultative, elle est cependant utile dans certains cas pour améliorer le transfert de chaleur des parties chaudes vers les parties plus froides. Sur la Fig. 3, conforme à une première variante d'exécution, un dispositif de l'invention se compose principalement d'une chambre de pyrolyse 18 fermée par une enceinte en tôle et pourvue d'une ouverture d'entrée 19 et d'une ouverture de sortie 20, et d'une pièce massive 21 constituée par un cylindre creux analogue à celui de la Fig. 2 à ceci près qu'il ne comporte pas de pièce intérieure pleine. Le cylindre creux 21 est pourvu de huit canaux longitudinaux tels que 22 et d'une pluralité de perforations radiales telle que 23 ; le cylindre 21 est obturé à son extrémité proche de l'ouverture d'entrée 19 par un disque rainuré 24 mettant les canaux 22 en relation avec un conduit d'arrivée d'air secondaire 25 ; le disque 24 comporte sur sa face extérieure une sphère massive 26 pourvue d'un cône répartiteur 27.L'extrémité de sortie du cylindre creux est prolongée par un cylindre en matière réfractaire 28 de section identique. Une partie conique 29 raccorde l'ouverture d'entrée 19 au corps principal de la chambre 18 ; l'ouverture d'entrée comporte à sa partie supérieure un volet déflecteur 30 orienté sensiblement vers le bas du conduit d'air secondaire. Le bruleur représenté sur cette figure est pourvu d'un injecteur secondaire 31 de combustible fluide, situé sur la face intérieure du disque d'obturation 24 qui est une partie relativement froide ; l'injecteur est alimenté en fluide combustible par uneconduitepassant dans le conduit d'arrivée d'air secondaire 25 ; un injecteur primaire opérant par pulvérisation , et pourvu d'un accroche-flammes, peut être disposé dans l'ouverture d'entrée 19 .Une spirale métallique telle que 50 est avantageusement disposée dans la moitié aval des canaux de façon à favoriser l'échange thermique entre l'air secondaire et de refroidissement et la pièce massive 21) ledit combustible fluide étant destiné soit au lancement du bruleur, soit à servir de combustible d'appoint, soit à servir de combustible de remplacement. Sur les Fig. 4 et 4 bis, un dispositif de l'invention conforme à une seconde variante d'exécution, comprend principalement une chambre de pyrolyse 32 pourvue d'une ouverture d'entrée 33 dissymétrique et d'une ouverture de sortie 34, et une pièce massive 35 comportant une pièce intérieure pleine 36 profilée en obus, la pièce pleine 36 est bridée par l'intermédiaire d'un joint isolant réfractaire 37 sur le disque d'obturation rainuré 38 évidé en son centre ; le cylindre creux 35 comporte comme dans le cas précédent une pluralité de perforations radiales telles que 39 et des canaux longitudinaux tels que 40 au nombre de huit par exemple. La forme dissymétrique de l'ouverture d'entrée 33 tient compte, dans ce cas de variante d'exécution par exemple, d'une forte granulométrie des déchets ligneux. Les dispos;tfis des Fig. 2 et 3 sont destinés à être logés dans la gueule circulaire d'une chaudière qui peut être avantageusement une chaudière surpressée ; ces dispositifs sont alimentés en continu en air et en déchets ligneux au moyen de dispositifs connus par ailleurs et ne rentrant pas dans le cadre de la présente invention.Leur mise en route peut se faire grâce à l'injection temporaire d'un combustible fluide facile ment inflammable, au moyen d'un injecteur tel que l'injecteur 31 de la Fig. 2 ; les dispositifs de l'invention peuvent fonctionner tout aussi bien et pendant une période prolongée à l'aide d'un combustible fluide tel que pétrole, en cas de manque de déchets ligneux. I1 est à signaler, à titre indicatif, qu'un fonctionnement optimal des bruleurs de l'invention peut être obtenu en créant, à l'aide d'un réglage approprié du débit et des proportions du mélange combustible, un lit de braise dans la partie inférieure de l'enceinte de pyrolyse. Les dispositifs de l'invention peuvent également servir de gizogene par prélèvement des gaz partiellement brulés, soit à l'intérieur du cylindre creux, et avant l'arrivée d'air secondaire par les canaux, soit au moyen d'une crépine disposée dans la partie inférieure dans l'enceinte de pyrolyse, les gaz partiellement brulés peuvent alors servir à alimenter des moteurs à combustion. I1 doit être enfin compris que la présente invention n'est pas limitée aux formes d'exécution ci-dessus décrites mais qu'elle s'étend à l'ensemble du champ défini par les revendications qui suivent et notamment aux combinaisons non précisées des caractéristiques ci-dessus décrites. REVENDICATIONS 1.- Dispositif, dit bruleur pyrolytique, pour permettre la combus tion d'un mélange constitué par des déchets ligneux divisés, véhiculés dans un courant d'air, est caractérisé en ce qu'il comprend - une enceinte dite chambre de pyrolyse pourvue d'une ouver ture d'entrée et d'une ouverture de sortie, - des moyens, dits de transfert, pour transférer une partie de la chaleur de combustion depuis l'ouverture de sortie vers l'ouverture d'entrée, et - des moyens pour ralentir la progression des dits déchets li gneux dans la dite chambre, d'ou il résulte que, d'une part la pyroly se et la combustion au moins partiellement des déchets peu vent commencer dès leur entrée dans ladite chambre, et d'au tre part qu'ils ne peuvent sortir de cette dernière sans avoir été pyrolysés ou brulés 2.- Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé - en ce que les dits moyens de transfert sont constitués par au moins une pièce massive en métal de forme sensiblement al longée disposée dans la dite chambre et s'étendant approxima tivement de l'ouverture d'entrée à l'ouverture de sortie, et - en ce que les moyens de ralentissement de la progression des déchets sont constitués par au moins une pièce massive en métal en forme de grille ou de tamis 3.- Dispositif, selon la revendication 2, caractérisé - en ce que les dites pièces massives sont rassemblées en un cylindre métallique creux dont une première extrémité est obs truée et dont la paroi est pourvue d'une pluralité de perfora tions faisant communiquer l'espace extérieur du cylindre avec son espace intérieur, - en ce que l'ouverture de sortie est de forme circulaire pour permettre l'emboitement de la seconde extrémité du dit cylin dre dans l'ouverture de sortie de la dite chambre d'ob il résulte que le passage du mélange combustible constitué par l'air et les déchets ligneux se fait depuis l'ouverture d'entrée vers l'ouverture de sortie à travers la paroi du cylindre 4.- Dispositif, selon la revendication 3, caractérisé par une pluralité de canaux longitudinaux ménagés dans la paroi du dit cylindre, ces canaux étant des tinés à permettre le passage d'un air secondaire de combus tion et de refroidissement ducylindre 5.- Dispositif, selon la revendication 4, caractérisé en ce que les canaux contiennent une spi rale métallique pour favoriser l'échange de chaleur entre l'air secondaire et le cylindre 6.- Dispositif, selon la revendication 3, caractérisé en ce que la dite première extrémité est obstruée par un disque métallique massif comportant une rai nure annulaire pour relier entre eux les dits canaux et les mettre en relation avec un conduit d'air secondaire ; 7.- Dispositif, selon la revendication 6, caractérisé par une masse métallique solidaire du dit disque et disposée sur ce dernier du côté opposé au cylindre, ladite masse métallique servant de réserve de chaleur pour amorçer la pyrolyse des dits déchets 8.- Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de la dite chambre située du côté de l'ouverture d'entrée est conformée en tuyère cônique dont l'axe de cône est approximativement con fondu avec un axe longitudinal de la dite pièce massive 9.- Dispositif, selon la revendication 3, caractérisé par au moins une pièce métallique pleine de forme allongée disposée à l'intérieur du dit cylindre mé tallique creux et se prolongeant en dehors du dit cylindre du côté de l'ouverture d'entrée de la dite chambre, la dite pièce métallique pleine servant à récupérer une partie de la chaleur de combustion produite à l'intérieur du dit cylindre pour la transférer au voisinage de l'ouverture d'entrée en vue d'y amorçer la pyrolyse des dits déchets lO.- Dispositif, selon les revendications 6et 9, caractérisé en ce que la dite pièce pleine au moins passe à travers ladite plaque d'obturation sur laquelle elle est bridée par l'intermédiaire d'un joint réfractaire isolant, un certain jeu étant aménagé entre ledit disque d'obturation et ladite pièce pleine de façon à éviter un transfert de cha leur 11.- Dispositif, selon la revendication 6, caractérisé par au moins un injecteur secondaire de combustible fluide situé sur la face intérieure du dit disque d'obturation du dit cylindre creux, ledit injecteur étant a limenté en fluide combustible par une conduite passant à tra vers un conduit d'arrivée d'air secondaire.