Brevet FR2441800A1 — publié le 19800613

La présente invention se rapporte à une installation pour le réglage de la marche des chaudières à vapeur ou à eau chaude équipées d'un foyer à grille mécanique, dans laquelle on utilise la pression ou la température à la sortie de la chaudière comme grandeur réglante pour le débit d'air envoyé à la grille mécanique, ce débit étant à son tour utilisé comme grandeur réglante pour un régulateur qui commande la vitesse de la grille, cette installation comprenant également un dispositif réglable par paliers et servant à régler ltépais- seur de la couche de combustible transportée par la grille. Alors que, dans les foyers à réponse rapide, qui sont alimentés par exemple au mazout ou au gazole débit de combustible acheminé au foyer est commandé par le régulateur de puissance et la variation du débit d'air peut accompagner celle du débit de combustible sous l'action d'un couplage mécanique ou d'un deuxième régulateur de combustion, ce mode de régulation est impossible à réaliser dans un foyer à grille mécanique pour différentes raisons. Dans les installations connues pour le réglage de la puissance des chaudières à vapeur ou à eau chaude équipées d'un foyer à grille mécanique, la température de sortie du combustible est transmise comme grandeur réglante à un régulateur de conduite dont le signal de sortie continu est transmis à un régulateur de séquence comme grandeur de commande pour le débit d'air. Ce régulateur reçoit également comme grandeur réglante auxiliaire le débit d'eau qui parcourt la chaudière. Sous l'action de ces appareils de mesure, la puissance du foyer s'adapte à chaque variation de la charge sans aucun retard. Le régulateur de conduite recevant comme grandeur réglante la température de sortie de la chaudière intervient alors en présence d'un écart de température. Le débit d'air joue par ailleurs le rôle de grandeur réglante pour le régulateur de combustion qui commande la vitesse de la grille.De cette façon, le débit de combustible, qui peut s'exprimer par la vitesse de la grille est asservi au débit d'air. Cette installation de réglage connue exige malheureusement l'intervention d'un personnel de service sur toute l'étendue de la plage de réglage. En effets la quantité d'air n'est pas mesurée en tant que telle mais on utilise comme grandeur dé mesure équivalente la position angulaire du volet d'zdmission d'air. Etant donné que le débit d'air né varie pas en fonction linéaire de la position angulaire du volet d'admission d'air,le résultat de gure obtehu par ce moyen est destiné au régulateur de combustion n'est pas correct. Le personnel de conduite de la chaudière doit donc ajuster manuellement le rapport entre le débit d'air et le débit de combustible sur tout l'intervålle des valeurs de ia'charge, en agissant pour cela sur un dispositif de réglage du rapport prévu sur le régulateur. Le débit de combustible, qui est fonction de la vitesse de la grille, est également fonction de l'épaisseur de la couche, laquelle est réglée manuellement. Etant donné que l'épaisseur de la couche n'est pas mesurée en elle-mme,le signal de mesure proportionnel au débit de combustible et qui est transmis au régulateur de combustiô peut également Etre faux. Le personnel de conduite de la chaudière est donc amené à régler l'épaisseur de la couche en fonction de la puissance demandée,par par paliers. Finalement, l'intervalle des vitesses possibles de la grille mécanique,qui,en général, s'étend de 32 mm/mn à 330 mm/mn n'est pas entièrement utilisé mais la plage d'utilisation est limitée à l'intervalle de 100 mm/mn à 150 mm/mn. En effet, si la vitesse devient inférieure à 100 mm/mn, on se heurte à un risque de retour de flamme. Si l'on dépasse 150 mm/mn, il risque de se produire une rupture de flamme. Toutefois, il y a des cas dans lesquels se produisent des dépassements des limites,par exemple par suite d'une variation rapide de la charge, provoquée par un refroidissement dû à la pluie oti par l'action directe du soleil sur le thermomètre extérieur ou encore par suite d'un réglage incorrect de l'épaisseur de la couche.Ici également, le personnel de conduite doit commuter le réglage de la combustion sur la commande manuelle et ramener la chaudière dans la plage de réglage. Les installations de réglage connues qui peuvent être utilisées pour les foyers à grille mécanique présentent donc l'inconvenient que, tandis que le débit d'air et,par l'intermédiaire de la vitesse de la grille, également le débit de combustible varient en réponse à une variation de la charge, le fait que l'épaisseur de la couche reste constante, exige qu'on adapte manuellement l'alimentation en air à la charge pour pouvoir obtenir une ignition correcte dans toutes les zones du foyer. Par ailleurs, dans les modes déjà con nus de réglage de la puissance, existe le risque déjà mentionné de réduction de la vitesse d'avance à une valeur trop faible et, de ce fait, d'un retour de flam me ou d'un incendie de trémie ainsi que le risque d'une vitesse d'avance exces sive entravant le risque d'une rupture de flamme.Dans ce dernier cas, ceci peut entraider une interruption de la production de chaleur. Le but de l'invention est de réaliser une installation pour le réglage de la puissance des chaudières à vapeur ou à eau chaude com portant un foyer à grille mécanique, du genre déjà mentionné plus haut, et qui puisse travailler d'une façon entièrement automatique sur toute la plage admis sible de variation des valeurs de la charge, avec le rendement optimum. Suivant l'invention, ce problème est résolu par le fait que le dispositif à variation par paliers prévu pour le réglage de l'épaisseur de la couche de combustible est commandé automatiquement en fonction de la puissance de la chaudière, et que le régulateur de combustion reçoit, en sup plément de la grandeur réglante correspondant au débit d'air,une grandeur ré glante correspondant au débit de combustible, et qui résulte de la vitesse et de la largeur de la grille, de l'épaisseur de la couche et des propriétés du combus tible. Grâce à cette caractéristique, à chaque variation de la charge, la vitesse de la grille mécanique et/ou l'épaisseur de la couche varient automatiquement et ceci supprime toute nécessité de correction manuelle à exécuter par le personnel de conduite de la chaudière. Sous l'effet de la deuxième grandeur réglante transmise au régulateur de combustion et qui correspond exactement au débit de combus tible;l'air est acheminé au foyer avec un débit qui est fonction de l'épaisseur de la couche. De cette façon, on obtient une teneur maximum en C02 et, par cons équent un rendement optimum. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la gran deur réglante fonction du débit d'air acheminé à la grille est captée linéaire ment par une came couplée au volet d'admission d'air. Une configuration appro priée de la came rend superflue toute intervention du personnel de conduite de la chaudière sur le dispositif de commande du rapport du régulateur de com bustion, On utilise avantageusement comme propriété du combus tible la densité apparente de ce dernier. Etant donné que la densité apparente peut varier avec la granulométrie de combustible, il peut se produire de peti tes erreurs qui conduisent à des écarts dans la teneur en C02 des gaz d'échappe ment. Ici, suivant une autre caractéristique de llinvention, on utilise un appareil de mesure analyseur de C02,disposé dans le conduit des gaz de fumée de la grille mécanique et dont les résultats de mesure sont en même temps transmis au régulateur de combustion de sorte que ce dernier peut ainsi compenser les petites erreurs et optimaliser le rendement de la chaudière. Suivant une autre caractéristique de l'invention, est associé au mécanisme d'entrafnement de la grille mécanique un générateur de valeurs limites qui influe sur le mécanisme de commande du volet d'admission d'air. En présence de dépassements de la valeur maximum ou de la valeur minimum, l'action du dispositif d'actionnement du mécanisme de commande, du volet d'admission d'air est interrompue et, en conséquence,l'action du réglage du moteur de commande de la grille mécanique est interrompue de sorte qu'on ne risque plus d'atteindre une plage dangereuse en présence de variations trop rapides de la charge. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaftront au cours de la description qui va suivre. Le dessin annexé représente un exemple d'un mode de réglage suivant l'invention. On a indiqué par les conduites 1,2 et 3 le circuit de l'eau de la chaudière, En 2 se produit le chauffage par le foyer à grille mécanique qui est représenté en 3a Le tirage du foyer est indiqué schématiquement en 4. Entre la conduite 1 d'entrée de la chaudière et la conduite 3 de sortie de la chaudière se trouve le régulateur de conduite " charge ", qui est indiqué par la référence 4a et qui reçoit à titre de grandeur réglante la température de sortie de la chaudière, c'est à dire la température de l'eau qui circule dans la conduite 3, Au point 5, on peut introduire manuellement la valeur de consigne désirée à l'aide de la commande de valeur de consigne " température ".On a indiqué par la référence 6 un appareil directeur que l'on retrouve également en d'autres points de l'installation sous la même référence. 7 désigne le régulateur de séquence " charge "par lequel le moteur 9 de commande du volet d'admission d'air 10 représenté schématiquement est réglé par l'intermédiaire du générateur de valeurs limites de la vitesse de la grille, qui est lui-même représenté en 8. La référence 11 désigne un ventilateur d'entrafhement d'air. La position angulaire du volet d'admission 10 est captée à l'aide d'une came 12 qui transmet linéairement la variation du débit d'air de combustion admis, qui est provoquée par le déplacement du volet 10, au convertisseur de mesure 13,d'où la grandeur réglante correspondante est transmise au régulateur de combustion 14, lequel est également muni d'un appareil directeur 6 non repré senté en détail, Le dispositif d'établissement du rapport air/combustible est indiqué en 17 et ce dispositif sert uniquement au réglage préalable de la va leur du rapport air/combustible et,par par conséquent, au réglage de la vitesse de la grille mécanique 3a. Le régulateur de combustion commande le moteur 18 prévu pour modifier la vitesse de la grille mécanique, dont l'entrathement est assuré par le moteur 19. L'appareil correspondant de réglage de la vitesse, à savoir un variateur, est indiqué en 20. De cette façon, en modifiant la vitesse de la grille 3a on peut introduire dans la chambre de combustion une quantité plus ou moins grande de combustible par unité de temps, et ce en fonction du débit d'air envoyé par le ventilateur 11, acheminé par la conduite 21 par l'intermédiaire du volet d'admission d'air 10. Le variateur 20 entraxe par l'intermédiaire d'un arbre un convertisseur de mesure 22 affecté à la mesure de la vitesse de la grille mécanique et qui transmet les valeurs de mesure au calculateur de débit du combustible 23,lequel reçoit d'autres résultats de mesure,.fournifi l'unepar un. convertisseur 24 affecté à la mesure de l'épaisseur de la couche et un dispositif de réglage de proportion " combustible " indiqué en 25 et qui peut être réglé manuellement. Le moteur 26 déplace le coulisseau 27 de réglage de la hauteur de la couche, et il est commandé par paliers par un dispositif désigné, dans son ensemble par la référence 28,qui sera décrit avec plus de détails dans la suite. Le calculateur de débit de combustible 23 transmet la grandeur réglante qu'il engendre au régulateur de combustion 14 qui commande lui-mdme le moteur 18 de réglage de la vitesse de la grille mécanique 3a . Le dispositif 28 reçoit des résultats de mesure du régulateur de puissance de chauffe 29 qui est interposé entre la conduite 1 d'entrée de la chaudière et la conduite 3 de sortie de la chaudière.La grandeur réglante qui en est issue est transmise aux générateurs de valeurs limites 30, de là à un relais temporisateur 31,puis à un relais 32 de commande d'assignation d'épaisseur dont le signal de sortie est envoyé au servo-moteur 33 commandant l'épaisseur de la couche. Les contacts réglables interrompent le mouvement de réglage de l'épaisseur de la couche à son point d'assignation. En 34, est représenté un convertisseur de mesure du débit d'eau qui est intercalé dans le circuit pour introduire le débit d'eau comme impulsion initiale et,de de ce fait, comme grandeur réglante auxili- aire. On a représenté en 35 un régulateur correcteur de C02 complété par son dispositif 36 de iglage, de la valeur de consigne et qui re çoit ses grandeurs réglantes des appareils de mesure analyseurs de C02 indiqués en 37. Le dessin annexé représente un diagramme de puissance et indique la façon dont la puissance varie en fonction de la charge de l'épais- seur de la couche, du débit du combustible et de la vitesse de la grille mécanique. Par ailleurs,on on a introduit dans ce diagramme toutes les données de com mande intervenant dans le mécanisme automatique de commande de l'épaisseur de la couche. Le débit d'eau mesuré par le calculateur de puissance thermique 29 est divisé par six générateurs de valeurs limites 30 en six points de commande d'assignation de l'épaisseur de la couche, qui correspondent, dans la forme de réalisation représentée, à des épaisseurs de couche de 10,5 cm, 13cm, 15cm, 18cm, 21cm et 25 cm. Les ordres de commande des générateurs de valeurs limites 38 sont transmis au moteur 26 commandant le dispositif 27 dç lage de la hauteur de la couche, par l'intermédiaire des temporisa teut réélabtes. 31 et par les organes réglage proportipunels 32 ainsi que par unuareil directeur 6. Les mesures s'effectuent sur toute la plage des valeurs possibles des vitesses de la grille tandis que le réglage ne se produit que dans la plage de réglage permise qui varie entre 100mm/mn et 150 mm/mn dans l'exemple de réalisation considéré. Dès que la charge de la chaudière s'élève et que, de ce faits la demande de débit de combustible croft,la vitesse de la grille s' accroft, mais en général, elle n'atteint pas la limite de la plage de réglage. Au contraire, en général,le-point suivant de réglage de l'épaisseur de la couche est atteint au préalable par le réglage de l'épaisseur de la couche, de sorte que la vitesse de la grille peut diminuer et que l'accroissement nécessaire du débit de combustible est obtenu par accroissement de l'épaisseur de la couche. Les temporisateurs 31 n'agissent que dans le sens de la commutation tendant à l'accroissement de lsépaisseur de la couche et ont pour fonction d'éviter toute modification prématurée de l'épaisseur de la couche. En effet, dans ces foyers, il se produit un retard considérable entre la variation du débit de combustible et la variation de la charge. L'utilisation des temporisateurs 31 permet de tenir compte de cette particularité. Le générateur de valeurs limites 8 surveille la vitesse d'avance de la grille. Lorsque cette vitesse franchit une valeur minimum ou une valeur maximum de l'intervalle des valeurs admissibles l'action du dispositif correspondant de commande du volet d'admission d'air est interrompue. La vitesse de la grille mécanique ne peut donc plus s'accroftre parce que, corrélativement la came 12 et le convertisseur de mesure 13 n'ont plus d'influence sur le régulateur de combustion. La régulation ne peut donc plus atteindre une plage dangereuse en cas de variations trop rapides de la charge. - R REVENDICATIONS - 1 - Installation de réglage de la puissance des chaudières à vapeur ou à eau chaude équipées d'un foyer à grille mécanique, dans laquelle la pression ou la température de la sortie de la chaudière est utilisée comme grandeur réglante pour le débit d'air envoyé à la grille mécanique, ce débit étant à son tour utilisé comme grandeur régnante pour un régulateur de combustion qui commande la vitesse de la grille, cette installation comprenant également un dispositif commandé par paliers pour le réglage de l'épaisseur de la couche de combustible portée par la grille mécanique, caractérisée en ce que le dispositif à variation par paliers (30, 31, 32) prévu pour régler l'épaisseur de la couche du combustible sur la grille mécanique (3a ) est commandé automatiquement en fonction de la puissance de la chaudière (en 29), et en ce que le régulateur de combustion (14) reçoit, outre la grandeur réglante (issue de 13) qui correspond au débit d'air,une grandeur réglante (issue de 23) qui correspond au débit de combustible et qui résulte de la vitesse et de la largeur de la grille mécanique (3a) , ainsi que de l'épaisseur de la couche du combustible et des caractéristiques de ce combustible. 2 - Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la grandeur réglante issue du débit d'ai r envoyé à la grille mécanique (3a ) est fournie linéairement par une came (12) couplée au volet d'admission d'air (19). 3 - Installation suivant l'une des revendications 1 et 2,caractéri- sée en ce que la grandeur réglante proportionnelle au débit de combustible est engendrée par le produit de grandeurs réglantes proportionnelles à l'épaisseur de la couche, à la vitesse de la grille et à la densité apparente du combustible. 4 - Installation suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend un appareil de mesure (37),analyseur de C02 monté dans le conduit (4),des gaz de dumée de la grille mécanique (3), les résultats des mesures de cet appareil étant transmises au régulateur de combustion (14). 5 - Installation suivant l'une des revendications précédentes, carac térisée en ce qu'aux mécanisme (18, 19) d'entrafnement de la grille, est associé un générateur de valeurs limites (8) qui influence le mécanisme (9) de commande du volet d'admission d'air.