Brevet FR2514864A1 — publié le 19830422

I - "Tête de brûleur pour la combustion de combustibles solides" L'invention concerne une tête de brûleur pour la combustion de combustibles solides tels que par exemple des copeaux de bois, de la paille, de la tourbe ou du char- bon ou encore d'autres combustibles solides. Dans la combustion des combustibles solides du type ci-dessus, la combustion se fait normalement à l'air libre c'est-à-dire avec accès libre de l'air vers le foyer Il est également courant, dans la combustion de maté- riaux tels que des copeaux, de la paille ou de la tourbe, d'amener ces matériaux par le haut au moyen d'un convoyeur débouchant dans une chambre de combustion s'élargissant du haut vers le bas, la combustion se faisant avec accès libre de l'air dans cette chambre de combustion Il en résulte que, dans la plupart des cas, la combustion est incomplète et que, par conséquent, des gaz non brûlés, formés dans la chambre de combustion, sont évacués D'autre part, les ins- tallations, selon l'art antérieur, sont relativement encom- brantes. L'invention a pour but de pallier ces inconv 6- nients de l'art antérieur en créant une tête de brûleur permettant d'obtenir une combustion pratiquement complète du combustible et des gaz dégagés, cette tête de brûleur restant cependant relativement petite. Il s'est également avéré très souhaitable de pouvoir alimenter les chaudières classiques de maisons 2._. individuelles par des combustibles solides du type indique ci-dessus La tête de bruleur selon l'invention est parti- culièrement bien adaptée à ce type de chaudières. L'invention concerne donc une tête de brûleur pour la combustion de combustibles solides, tels que de la paille, de la tourbe, des copeaux de bois, du charbon ou autres, comprenant une ouverture de chargement de combusti- ble et une ouverture de sortie des gaz chauds, tête de brû- leur caractérisée en ce qu'elle comprend deux tubes montés concentriquement, l'intervalle entre ces tubes étant desti- né à communiquer avec une source d'air de combustion et com- muniquant d'autre part, avec l'intérieur du tube intérieur par des ouvertures percées dans la paroi de celui-cit, un certain nombre d'ouvertures étant percées à une certaine distance de l'ouverture de chargement pour former une pre- mière zone de combustion dans laquelle le combustible ne brûle qu'incomplètement, et un certain nombre d'ouvertures étant percées à une certaine distance des premières ouver- tures, plus près de l'ouverture de sortie, de manière à for- mer une seconde zone de combustion dans laquelle les gaz in- complètement brûlés provenant de la première zone de combus- tion, sont destinés à être complètement brûlés, L'invention sera décrite en détail au moyen des dessins ci-Joints, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique et en coupe d'une tête de br Oleur selon l'invention, la figure 2 représente une installation dans laquelle peut s'utiliser la tête de br Oleur selon l'inven- tion, la figure 3 représente différentes positions possibles de la tête de br Oleur par rapport au plan hori- zontal. La figure 1 représente schématiquement et en coupe une tête de brûleur 1 et un dispositif de chargement associé 2 On représente également schématiquement un exemple 3.- de combustible solide 3 constitué par de la paille. La tête de br Qleur 1 est de préférence montée sur une chaudière 4 ou autre (voir figure 2) également re- présentée sur la figure 1 par une coupe de la paroi avant 5 de la chaudière 4. La tête de brtleur 1 comprend deux tubes 6, 7 montés concentriquement L'intervalle 8 entre les tubes 6, 7 communique avec une source d'air de combustion par un pas- sage d'air 9 relié, à l'arrière de la tête de brdleur, à un espace à section annulaire 10 compris entre les tubes 6, 7 et l'ouverture de chargement 11 de la tête de brdleur 1. L'intervalle 8 communique en outre avec l'in- térieur du tube intérieur 7 par des ouvertures percées dans la paroi de ce tube 7 Ces ouvertures sont percées en deux endroits au moins de l'axe longitudinal de la tête de brt- leur 1, ce qui permet ainsi de former au moins deux zones de combustion dans la tête de brdleur 1. Dans une forme préférée de réalisation de l'in- vention, un certain nombre d'ouvertures se présentant sous la forme d'une série de trous, sont percées à une certaine distance de l'ouverture de chargement 11 pour former une première zone de combustion Les trous 12, 13 sont répartis uniformément, en un ou plusieurs groupes, sur le pourtour du tube intérieur 7 La figure 1 représente deux groupes 12, 13 de ces trous qui couvrent une grande partie de la circon- férence du tube intérieur 7 Un autre ensemble d'ouvertures se présentant sous la forme de trous 14, sont également per- cées à une certaine distance des premiers trous 12, 13, plus près de l'ouverture de sortie 15 de la tête de brdleur, pour former une seconde zone de combustion. Suivant une forme préférée de réalisation, une ou plusieurs ouvertures supplémentaires 16, 17 sont percées au voisinage de l'ouverture de sortie 15 pour former une troisième zone de combustion Un étranglement annulaire 19 est prévu au voisinage des dernières ouvertures 16, 17 pour 4.- contr 8 ler la quantité d'air admise, de façon qu'une petite partie seulement de cette quantité d'air, sorte par les dernières ouvertures 16, 17. La source d'air de combustion est constituée par un ventilateur électrique 18 permettant d'injecter, de façon bien connue, une quantité d'air préréglée en fonction de la charge de combustible, de manière à alimenter la com- bustion. De combustible 3 est solide et constitué, de préférence, par de la paille, de la tourbet des copeaux de bois ou du charbon etc En ce qui concerne les copeaux de bois, il s'est avéré que ce qu'on appelle des boulettes de bois convenaient très bien. Des dimensions de la tête de brdleur sont rela- tivement petites Pour une tête de brûleur destinée à une chaudière de maison individuelle, on peut donner à titre d'exmples les caractéristiques ci-après: la longueur de la tête de brdleur 1 est d'environ 200 mm et son diamètre ex- térieur est d'environ 140 mm Le diamètre extérieur du tube intérieur 7 est d'environ 105 mam, de sorte que la hauteur de l'intervalle 8 est de l'ordre de 30 à 35 mm. Le premier groupe de trous 12 comporte dix trous et le second groupe 13 comporte six trous Les trous supplémentaires 14 sont au nombre de dix Des trous 12, 13, 14 ont un diamètre d'environ 5 mm et sont disposés, suivant la circonférence du tube intérieur, avec un écart angulaire entre trous de 180. Les trous du premier groupe 12 et du second groupe 13 sont situés à environ 30 mm de l'ouverture de chargement 11 de la tête de brdleur 1, et les trous supplé- mentaires 14 sont situés à environ 100 mm de l'ouverture de chargement 11. les tubes 6, 7 sont de préférence en acier inoxydable mais on peut bien évidemment imaginer d'autres matériaux utilisables. 5.- Le dispositif de chargement 2 est de préférence constitué par un convoyeur classique à vis sans fin com- prenant une vis 20 enfermée dans un tambour tubulaire 21, de manière à entraîner le combustible solide 3 d'un récipient ? 2 vers l'ouverture de chargement 11 de la tête de brûleur 1 La vis 20 est entra née par un moteur électrique 23. L'alimentation du combustible 3 par le con- voyeur à vis sans fin 2 se fait de préférence par étapes in- termittentes, mais peut également se faire en régime conti- nu. Le fonctionnement de la tête de brfleur 1 est le suivant: Le combustible solide 3 est amené à l'ouverture de chargement 11 et poussé vers le premier groupe de trous 12, 13, par lesquels arrive l'air entretenant la combustion après qu'on ait enflammé le combustible. Dans cette zone de combustion, le combustible ne brûle qu'incomplètement de sorte que des gaz réducteurs tels que de l'oxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures (CEÀ) se forment Les gaz réducteurs de combustion ainsi formés s'échappent en direction de l'ouverture de sortie 15 et sont finalement brflés en se mélangeant à l'air arrivant par les trous 14, de sorte que l'oxyde de carbone (CO), par exemple, s'oxyde pour donner du gaz carbonique (C 02) Pour éviter que des substances non brlées passent dans les gaz d'échappement, on fait de préférence passer une quantité d'air supplémentaire par les trous ou les ouvertures 16, 17 de manière à faire brêler complètement les substances qui n'auraient pas été br Xlées dans la seconde zone de combus- tion. La quantité d'air amenée aux différentes zones de combustion doit évidemment être réglée en fonction du type et de la quantité de combustible chargé Ce réglage n'est pas difficile à réaliser mais doit être effectué par un expert se basant sur les dimensions indiquées cidessus 6.- des boulettes ou des copeaux de bois. En plus du fait qu'elle conduit à une combus- tion complète, l'utilisation de deux zones de combustion permet d'obtenir une température relativement basse dans la première zone de combustion L'utilisation d'une basse tem- pérature est très favorable car elle limite la formation de laitiers alcalins liquides et d'oxydes de silicium Les gaz formés dans la première zone de combustion sont entra nés avec de fortes turbulences vers la seconde zone de combus- tion, ce qui favorise le mélange avec l'air et améliore considérablement l'efficacité de la combustion dans la se- conde zone de combustion. La disposition consistant à réaliser l'alimen- tation d'air entre deux tubes concentriques 6, 7 a pour ré- sultat de refroidir le tube intérieur 7 et de préchauffer l'air de combustion parvenant aux seconde et troisième zones de combustion, ce qui favorise la combustion. On a constatéS, par des expériences et des tests répétés, qu'on obtenait une combustion pratiquement complète du combustible, ce qui conduit à une installation à très haut rendement calorifique. Les cendres formées au cours de la combustion sont éjectées ou tombent à l'extérieur de la tête de brûleur pour être recueillies dans le bas de la chaudière 5. Suivant le type de combustible utilisé, on peut incliner la tête de br leur d'un angle déterminé par rap- port au plan horizontal Sur la figure 1, la tête de brtdleur est inclinée vers le haut, c'est-à-dire qu'elle forme un angle positif par rapport au plan horizontal Cette disposi- tion est favorable pour les combustibles à base de copeaux ou de boulettes qui autrement risqueraient de rouler hors de la tête de br leur. Pour les combustibles donnant des scories ou laitiers liquides, il est préférable d'incliner la tête de br leur vers le bas, c'est-à-dire de façon qu'elle forme un 7.- angle négatif par rapport au plan horizontal, cet angle ne devant cependant pas dépasser, de préférence, une valeur de 10 o pour que les laitiers puissent couler hors de la tête de brdleur Dans le cas de certains combustibles pour lesquels il est préférable de prévoir une réserve considéra- ble de combustible à l'arrière de la tête de brtleurt cette tète de brleur est inclinée vers le haut d'un angle pouvant atteindre + 450 par rapport au plan horizontal. Sur la figure 3, la tête de brdleur représentée en traits pleins forme un angle de + 450 ()par rapport au plan horizontal 24, et la tête de brûleur représentée en pointillés forme un angle de 10 () par rapport au plan horizontal 24. La tête de brdleur selon l'invention, ne se limite bien évidemment pas à la forme de réalisation repré- sentée ici et peut, par exemple, être conçue pour des ap- plications industrielles à haut rendement ce qui modifie sa forme tout en restant dans le cadre de l'invention. 8.- REVENDICATIONS 1. T Mte de brdleur pour la combustion de com- bustibles solides tels que de la paille, de la tourbe, des copeaux de bois, du charbon ou autres, comprenant une ou- verture ( 11) de chargement de combustible et une ouverture ( 15) de sortie des gaz chauds, tête de brdleur ( 1) caracté- risée en ce qu'elle comprend deux tubes ( 6, 7) montés con- centriquement, l'intervalle ( 8) entre ces tubes étant des- tiné à communiquer avec une source d'air de combustion ( 9, 10, 18) et communiquant d'autre part, avec l'intérieur du tube intérieur ( 7) par des ouvertures ( 12, 13, 14) percées dans la paroi de celui-ci, un certain nombre d'ouvertures ( 12, 13) étant percées à une certaine distance de l'ouver- ture de chargement ( 11) pour former une première zone de combustion dans laquelle le combustible ne brûle qu'incom- plètement, et un certain nombre d'ouvertures ( 14) étant percées à une certaine distance des premières ouvertures ( 12, 13), plus près de l'ouverture de sortie ( 15), de ma- nière à former une seconde zone de combustion dans laquelle les gaz incomplètement brûlés provenant de la première zone de combustion, sont destinés à être complètement brd- lés. 2. T Ote de brûleur selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'une ou plusieurs ouvertures supplé- mentaires ( 16, 17) sont percées au voisinage de l'ouverture de sortie ( 15) pour former une troisième zone de combustion. 3. Tête de brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les ouvertu- res ( 14) formant la seconde zone de combustion sont percées à peu près à mi-chemin de l'ouverture de chargement ( 11) et de l'ouverture de sortie ( 15) de la tête de brûleur ( 1). 4. Tête de brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'axe géomètri- que de la t 4 te de brûleur ( 1) forme un angle compris entre + 45 et -10 par rapport au plan horizontal, les angles posi- tifs correspondant à une inclinaison vers le haut de la tète de brûleur ( 1).