Brevet FR2502756A1 — publié le 19821001

La présente invention concerne un générateur de gaz chauds, polycombustible, à température réglable, générateur comportant une chambre de combustion munie d'un revêtement intérieur réfractaire entouré extérieurement d'une double enveloppe ayant dans sa partie supérieure des injecteurs de combustible gazeux, liquide ou solide, ainsi que d'une arrivée d'air comburant è la partie supérieure de la chambre de combustion et d'une gaine de sortie de gaz chauds dans la partie haute de la chambre de combustion. On connait divers générateurs de gaz chauds utilisés tant pour le chauffage que pour le séchage. Le développement de certaines techniques notamment dans le domaine agricole, pour la conservation ou la fabricatio des fourrages, consiste à sècher, de façon industrielle, ces produits pour faciliter leur stockage ou l'élaboration d'alimenter complexes à partir de ces produits séchés. Les problèmes qui se posent et les conditions qui doivent être satisfaites par des générateurs d'air chauds utilisés dans de telles installations, sont de pouvoir fonctionner avec des combustibles très différents en fonction des combustibles disponibles, tout en assurant le séchage optimum sans risque de surséchage ou d'incendie des produits, avec l'utilisatS la meilleure du pouvoir calorifique des combustibles. Lorsqu'il s'agit d'installations utilisées dans les industries agricoles ou alimentaires, il est intéressant que la chaudière, constituant le générateur de gaz chauds, puisse non seulement fonctionner avec les combustibles les plus traditionnels, gazeux, liquide, solide, tels que du gaz, du fuel domestique ou du charbon, mais puisse également utiliser la paille dont la consommation comme litière est de plus en plus réduite. Or, pour qu'une chaudière fonctionne avec des combustibles les plus différents et puisse notamment passer d'un fonctionnement au gaz à un fonctionnement à la paille, il est quasi indispensable que l'alimentation en combustible se fasse par la partie haute de la chaudière, comme cela est déjà connu. Toutefois, dans de telles chaudières connues, pour arriver à une bonne utilisation du pouvoir calorifique du combustible et, par suite, un bon rendement de l'installation, il faut travailler à des températures relativement élevées (ces températures sont par exemple voisines de 9000). Or, le gaz chaud à 9000 ainsi fourni par le générateur, est difficilement utilisable dans les installations en aval car les risques d'incendie, voire d'explosion, sont grands. Aussi, est-on obligé de travailler à des températures plus faibles en augmentant l'admission d'air comburant dans la chaudière. Cette suralimentation d'air comburant dont une partie seulement participe à la combustion, pose de délicats problèmes de réglage de la chaudière, En effet, cette chaudière connue comporte non seulement un ventilateur d'alimentation en paille hâchée et en air assuraht le transport (et qui constitue également l'air comburant), mais également un ventilateur fournissant de l'air de dilution introduit dans la chambre de combustion à travers la paroi réfractaire par de petits orifices répartis sur toute la hauteur de la chambre. Au niveau de l'appareil utilisateur des gaz chauds, il est prévu un aspirateur.Une partie de l'air sortant de l'appareil utilisateur et qui est à une température d'environ 1500C est réinjectée dans l'air chaud à 9000C pour donner de l'air à température plus basse, mais restant néanmoins élevé, en général à 7000C. Une telle installation est décrite aux brevets français nO 79 31 963 et 79 31 964. Pour modifier la température du gaz chaud à l'entrée de l'utilisateur, il faut règler - le débit d'air comburant, - le débit de combustible, - le débit d'air de dilution, - le débit d'air de recyclage. Or, la pratique a montré que de tels réglages étaientextrêmement difficiles à cause de l'interaction des différents paramètres. De plus, en modifiant la température de combustion, on risque de former du machefer et du verre bouchant le fond de la chambre de combustion ; le verre ainsi formé provient de la silice contenue dans la paille. La présente invention a pour but de créer un générateur de gaz chauds, polycombustible, qui permette de fournir des gaz chauds à une température précise, compatible avec les produits à traiter, tout en assurant un rendement optimum de la combustion, c'est-a-dire en travaillant à une température suffisamment élevée, proche de la température idéale de combustion tout en évitant d'atteindre les températures de formation du machefer dans le cas de produits combustibles donnant des cendres. A cet effet, l'invention concerne un générateur de gaz chauds du type ci-dessus, caractérisé en ce que la double enveloppe reliée à l'atmosphère débouche à la base de la chambre de-combustion par des orifices à faible pente de charge, pour fournir de l'air de dilution, la gaine de sortie comportant des moyens de détection de la température des gaz chauds dans la gaine de sortie et de commande de l'alimentation en combustible ainsi qu'une admission d'air additionnel réglable en aval du moyen de détection de la température des gaz chauds la sortie de la chambre de combustion, la circulation des gaz entre l'entrée de la chambre de combustion, l'admission d'air additionnel et la sortie du générateur (entrée de l'appareil utilisateur) étant assurée par dépression. Grâce à l'alimentation en air de dilution par dépression à la base de la chaudière, on facilite considérablement la régulation de la température des gaz chauds alimentant l'utilisateur ; on évite ou on réduit les déperditions calorifiques au niveau de la paroi réfractaire qui constitue une masse chaude rayonnante vers l'extérieur et on préchauffe l'air comburant, ce qui facilite également la régulation de la combustion. Comme, de plus, on détecte la température des gaz chauds à leur sortie de la chambre de combustion pour commander l'alimentation en combustible, on a là une première régulation en température. Cette première régulation en température, travaillant sur des gaz très chauds, mêmeen sortie de la chambre de combustion, est compatible avec une commande de l'alimentation, alors qu'une même régulation détectant la température des gaz au niveau du dispositif utilisateur, c'est-à-dire des températures de gaz beaucoup plus faibles, serait beaucoup trop sensible pour commander l'alimentation en combustible. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la gaine de sortie de raccordement de la chambre de combustion à l'appareil utilisateur est munie d'une admission d'air additionnel réglable en aval du moyen de détection de la température des gaz chauds à la sortie de la chambre de combustion. Gracie à cette caractéristique, on introduit de l'air additionnel à l'air chaud pour arriver à une température de gaz au niveau de leur utilisation, par exemple une température de l'ordre de 200 à 4000C. Cet air de dilution est donc fourni suivant des débits qui sont en rapport avec le débit des gaz chauds à la sortie de la chambre de combustion. Comme au niveau de la sortie de ce mélange de gaz, moyennement chauds, on détecte la température, il est facile de régler l'admission d'air additionnel pour arriver à une bonne régulation de la température. De plus, grâce a cette double régulation, on obtient une certaine compensation des asservissements qui donnent, de façon surprenante, un gaz de sortie, qui est à une température particulièrement stable et précise. Cela permet un traitement des produits tel que le séchage dans des conditions excellentes à la fois de sécurité et de qualité des produits obtenus. L'invention va être décrite plus en détail en se référant à un exemple de réalisation du générateur de gaz chauds polycombustible à température réglable conforme à l'invention, représenté sur les dessins ci-joints dans lesquels - La figure 1 représente en coupe verticale, à titre d'exemple non limitatif, une réalisation du générateur de gaz chauds polycombustible à température réglable faisant l'objet de l'invention, - La figure 2 est une vue en coupe selon le plan horizontal I-I de la figure 1. Le générateur de gaz chauds polycombustible à température réglable conforme à l'invention, comporte une chambre de combustion 1 munie d'un revêtement intérieur réfractaire 9 et équipée d'une double paroi 5 permettant d'admettre à la partie inférieure de la chambre de combustion 1, par l'intermédiaire d'orifices 15, de l'air de dilution réchauffée. Dans un dôme situé à la partie supérieure de la chambre de combustion 1 sont prévus des dispositifs injecteurs de combustibles tel qu'un dispositif 7 injecteur de combustibles gazeux ou liquides avec une canalisation d'alimentation 11 et qu'un dispositif 6 d'injection de carburant solide, tel que du charbon pulvérisé, avec un dispositif d'alimentation 10. I1 est en outre prévu une canalisation 12 d'alimentation en air comburant. La chambre de combustion 1 est raccordée par l'intermédiaire d'une gaine 2 également munie d'un revêtement intérieur réfractaire, à l'appareil ou aux appareils d'utilisa tion Sur la gaine 2, en amont de l'admission additionnelle d'air 3, est prévue une sonde de température 13 qui commande, par l'intermédiaire d'un régulateur de température 14, la quantité de combustible injecté à la partie supérieure de la chambre de combustion 1. Sur la figure 1, on a seulement représenté la liaison du régulateur de température 14 avec le dispositif d'injection de combustible solide 6, 10.Dans le cas où le combustible utilisé serait un combustible gazeux ou liquide, la liaison entre le régulateur à température 14 et le dispositif d'injection de combustible solide 6, 10 serait supprimée et une liaison entre le régulateur de température 14 et le dispositi d'injection 7, 11 de combustible gazeux ou liquide, serait établi En aval de l'admission additionnelle d'air 3, il est prévu dans la gaine 2 une deuxième sonde de température 13' qui commande, par l'intermédiaire d'un régulateur de température 14', le réglage du papillon de réglage d'entrée d'air additionnel dans la gaine 2 par l'intermédiaire de l'admission additionnelle Enfin, à la partie inférieure de la chambre de combustion 1, est prévu un piston décendreur 8 animé d'un mouvement de va-et-vient et qui permet d'évacuer par une évacuation 16 les cendres éventuellement produites par la combustion L'ensemble du générateur d'air chaud polycombustible qui vient d'être décrit fonctionne de la façon suivante Le combustible utilisé est amené à la chambre de combustion par l'intermédiaire de la canalisation 11 et il est injecté par l'intermédiaire du dispositif 7, s'il s'agit d'un combustible liquide ou gazeux. S'il s'agit d'un combustible solide, il est introduit dans la chambre de combustion par l'intermédiaire du dispositif 6 alimenté par le dispositif 10, après une mise en chauffe. L'air comburant est amené par la canalisation 12.L'ensemble du générateur d'air chaud, et notammer la chambre de combustion 1 se trouve sous dépression, les gaz chauds étant aspirés en direction des appareils utilisateurs à la sortie 4 de la gaine 2. Du fait de l'existence de cette dépression à l'intérieur de la chambre de combustion 1, l'air additionnel est aspiré par les orifices 15 répartis à la périphérie de la partie inférieure de la chambre de combustion 1. Immédiatement à la sortie de la chambre de combustion 1, une sonde de température 13 détecte la température des gaz chauds et la température ainsi détectée est comparée dans un régulateur de température 14 avec une température de consigne. Si la température de sortie des gaz chauds détectée par la sonde 13 est inférieure à cette température de consigne, le régulateur de température 14 commande une augmentation de la quantité de combustible admis dans la chambre de combustion 1. Si au contraire la température détectée par la sonde 13 est supérieure à la température de consigne, le régulateur 14 commande une diminution de la quantité de combustible admis dans la chambre de combustion 1; de cette façon on peut règler, au niveau d'une température de consigne susceptible d'être ajustée à volonté, la température de sortie des gaz chauds à la partie supérieure de la chambre de combustion 1.Ce réglage permet d'adapter la température de combustion aux caractéristiques du combustible utilisé, de façon à obtenir des conditions de combustion optimales et un rendement de combustion optimal. I1 permet en outre de règler la température de combustion de façon que les résidus de la combustion présentent une qualité permettant de les évacuer sans difficulté. Notamment on peut éviter ainsi la formation de mâchefer Dans le cas où l'on utilise par exemple un combustible liquide visqueux, tel que du fuel lourd, ou bien un combustible gazeux se liquéfiant à une température relativement élevée, tel que du butane, des dispositifs de réchauffage associés aux dispositifs d'injection de combustible 6 et 7, permettent d'une façon en soi connue de préchauffer ces combustibles à une température permettant de faciliter leur distribution dans la chambre de combustion et leur allumage, ctest-à-dire de les gazéifier s'il s'agit par exemple de butane ou de les fluidifier s'il s'agit par exemple de fuel lourd. Ainsi qu'il a été dit plus haut, le générateur de gaz chauds conforme à l'invention est notamment destiné à alimenter en gaz chauds des sèchoirs tels que des séchoirs de produits agricoles ou d'autres produits. Selon le produit à sècher, la température des gaz chauds arrivant dans le sèchoir doit être règlée entre des limites déterminées pour éviter la détérioration des produits à sècher, tout en permettant d'effectuer le sèchage dans des conditions de rendement optimales. Ce règlage de la température d'utilisation des gaz chauds est obtenu grâce à une entrée d'air additionnel3 contrôlée par un papillon de réglage.Une deuxième sonde de température 13' placée à la sortie 4 de la gaine 2 en aval de l'admission d'air additionnel 3 permet de commander ce papillon de réglage par l'intermédiaire d'un régulateur de température 14'. Ainsi qu'il a été dit plus haut, la sonde de température 13, par l'intermédiaire du régulateur de température 14, permet de règler la température dans la chambre de combustion 1 à une valeur telle que le combustible injecté soit utilisé avec un rendement optimal et que les résidus de combustion se présentent sous une forme optimale. I1 s'en suit que pour un combustible déterminé, la température à la sortie de la chambre de combustion 1 est maintenue à une valeur constante.La deuxième sonde de température 13 r commandant, par l'intermédiaire du régulateur de température 14', le règlage de l'admission d'air additionnel 3, permet de modifier cette température des gaz chauds à la sortie de la chambre de combustion 1, de façon à l'adapter aux caractéristiques des produits à sècher dans l'appareil d'utilisation ou les appareils d'utilisation. A cet effet, l'admission additionnelle 3 sera généralement utilisée pour introduire dans la gaine 2 de l'air frais afin d'abaisser la température des gaz chauds produits dans la chambre de combustion 1.Mais dans certains cas, il sera souhaitable, non pas d'abaisser cette température, mais de l'élever et dans ce cas, l'admission additionnelle 3 sera raccordée à un autre générateur de gaz chauds, produisant des gaz à température plus élevée que ceux produits dans la chambre de combustion 1 et dont l'introduction dans la gaine 2, introduction réglée par l'intermédiaire de la sonde de température 13', permettra d'élever au niveau convenable la température des gaz chauds sortant en 4 de la gaine 2. Le piston décendreur 8 disposé à la partie inférieure de la chambre de combustion 1 et coopérant avec l'évacuation 16 des cendres, sera mis en fonctionnement lorsque le combustible utilisé est susceptible d'engendrer des résidus de combustion solides. Dans ce cas, le piston 8 est animé d'un mouvement de va-et-vient pendant toute la durée d'utilisation du combustible considéré. Pour faciliter l'écoulement des cendres vers le piston, le fond comporte deux plans inclinés 100 dirigés vers l'évacuation 16. Ces plans inclinés coupent le cylindre délimitant la chambre 1 suivant une courbe 101 (se projetant suivant une partie d'ellipse). Dans le cas où au contraire, le combustible utilisé ne produit pas de résidus de combustion solides, le piston 8 est immobilisé dans une position de retrait dans laquelle il est encastré dans la paroi de la chambre de combustion 1. Ceci évite une usure inutile du piston décendreur 8 et évite également qu'il soit détérioré par la température de combustion, en général plus élevée pour les combustibles pe produisant pas de résidus de combustion solides. REVENDICATIONS 1") Générateur de gaz chauds, polycombustible, à température réglable, générateur comportant une chambre de combustion (1) munie d'un revêtement intérieur (9) réfractaire entouré extérie'urement d'une double enveloppe (5), ayant dans sa partie supérieure des injecteurs (6, 17, 122 de combustible gazeux, liquide ou solide, ainsi que d'une arrivée d'air comburant à la partie supérieure de la chambre de combustion et d'une gaine (2) de sortie de gaz chauds dans la partie haute de la chambre de combustion, générateur caractérisé en ce que la double enveloppe (5) reliée à l'atmosphère, débouche à la base de la chambre de combustion (1) par des orifices à faible perte de charge, pour fournir de l'air de dilution, la gaine de sortie (2) comportant des moyens de détection (13) de la température des gaz chauds dans la gaine de sortie (2) et de commande (14) de l'alimentation en combustible ainsi qu'une admission d'air additionnel (3) réglable, en aval du moyen de détection (13) de la température des gaz chauds à la sortie de la chambre de combustion, la circulation des gaz entre l'entrée de la chambre de combustion, l'admission d'air additionnel et la sortie du générateur (entrée de l'appareil utilisateur) étant assurée par dépression. 20) Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de détection de la température (13') de l'air dans la gaine de sortie (2) en aval de l'admission d'air additionnel (3) ainsi qu'un moyen de commande (14') de l'admission d'air additionnel. 30) Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection de la température des gaz sont des sondes de température (13, 13'). 40) Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de commande de l'admission d'air additionnel est un régulateur de température (14') placé dans la conduite d'admission d'air additionnel (3). 50) Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la chambre de combustion (1) comporte dans sa partie inférieure, un piston décendreur (8) à mouvement de va-et-vient ainsi qu'une évacuation (16) des cendres, le piston décendreur (8) étant mobile entre une position à l'intérieur de la chambre de combustion (1) et une position à l'extérieur lorsque le générateur utilise des combustibles ne produisant pas de cendre.