Brevet FR2556824A1 — publié le 19850621

L'invention a pour objet un procédé assurant une bonne combustion du charbon pulvérisé; elle concerne aussi un avant-foyer perfectionné pour la combustion du charbon pulvérisé dans les chaudières à tube foyer et à tubes de fumées. Les chaudières à tube foyer et à tubes de fumées sont conçues pour la combustion de combustibles liquides ou gazeux. Dans ce type de chaudières, les parois du tube foyer et des tubes de fumées sont fortement refroidies par l'eau de la chaudière. La température de ces parois ne permet pas l'allumage et la combustion correcte d'un combustible solide tel que le charbon pulvérisé. Il en résulte que la substitu- tion pure et simple d'un combustible solide aux combustibles liquides ou gazeux n'est pas possible sur ces chaudières. Il a été trouvé qu'il devient possible d'alimen- ter en charbon pulvérisé les chaudières à tube foyer et à tube de fumées, à condition que la combustion soit effectuée dans un avant-foyer qui précède le foyer. En outre, selon l'invention on doit procéder à cette combustion de manière à maintenir entre 600 C environ et 900 C environ la tempéra- ture de la paroi intérieure de l'avant-foyer. La chaudière ne peut permettre la mise en oeuvre de ce procédé que lorsqu'elle possède des caractéristiques déterminées qui font aussi l'objet de l'invention. Celle-ci vise plus particulièrement les chaudières à tube foyer et à tubes de fumées de faible capacité, c'est-à- dire celles dont la puissance nominale est inférieure à 20 tonnes par heure de vapeur. A partir d'une chaudière à avant-foyer précédant un tube-foyer pour la combustion de charbon pulvérisé, ayant une paroi latérale longitudinale entourée par un circuit de refroidissement, une paroi avant contenant un ouvreau au centre duquel est monté un brQleur de charbon pulvérisé, une entrée d'air primaire avec le charbon, une entrée d'air secondaire disposée pour entourer étroitement le braleur, une entrée d'air tertiaire à la périphérie de l'ouvreau, selon l'invention le circuit de refroidissement de l'avant-foyer est constitué par un serpentin enroule en spires successives et qui est raccordé, d'une part à une canalisation d'alimentation, d'autre part à une canalisation refroidissement; les d'alimentation en eau de la chaudière ou d'évacuation d'eau de/spires se succèdent les unes aux autres substantiellement sur la tota- lité de la longueur de l'avant-foyer, autant que possible de façon jointive. En outre, selon une caractéristique supplémen- taire, une demi-spire, et de préférence la demi-spire supé- rieure, de chaque spire du serpentin se trouve dans un plan transversal perpendiculaire à l'axe de l'avant-foyer cependant que la demi-spire complémentaire, et de préférence la demi- spire inférieure se trouve dans un plan transversal incliné - par rapport à l'axe de l'avant-foyer. Il a été constaté aussi qu'il est préférable que 1'air tertiaire débouche dans l'avant-foyer par de nombreux trous espacés circonférentiellement à la périphérie de l'ouvreau, ces trous étant de préférence espacés régulière- ment. En outre, selon une autre caractéristique supplé- mentaire, il est judicieux de prévoir en plus un circuit de soufflage qui se termine par plusieurs tubes de soufflage disposés pour souffler dans le sens longitudinal de l'avant- foyer et du tube-foyer, d'une part à l'avant de l'avant-foyer autour de la partie basse de l'ouvreau, d'autre part à l'entrée du tube-foyer, également à sa partie basse, dans le sens de circulation des gaz de combustion. De préférence, les tubes de soufflage sont au nombre de trois à chacun des deux emplacements, avec un tube central se trouvant sur la génératrice la plus basse et deux tubes disposés de part et d'autre du tube central. I1 est préférable que les trois tubes se trouvent sur un arc de cercle de 70 à 110 , de préférence à 90 environ. Dans un mode de réalisation de l'invention, les tubes de soufflage ont un orifice aplati dans le sens radial et élargi dans le sens circonférentiel de l'avant- foyer. Le circuit de soufflage est indépendant des autres circuits d'air de combustion; il est alimenté de préférence en air à une pression pouvant aller de 6 bars à 15 bars, de préférence 10 bars. Il est utilisé par inter- mittence. En fait, dans certaines circonstances, on peut se dispenser du circuit de soufflage d'air. On donnera maintenant, sans intention limita- tive et sans exclure aucune variante une description d'un exemple de réalisation préféré de l'invention. On se reporte- ra aux dessins annexes dans lesquels: - la figure 1 est une vue générale en coupe d'une chaudière à avant-foyer perfectionnée selon l'invention; la figure 2 est une vue de détail agrandie, en coupe selon II-II de la figure 3 montrant la moitié inférieure de l'ouvreau et un tube de soufflage d'air, - la figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 2, - la figure 4 est une vue de détail selon la flèche F de la figure 2 montrant l'orifice de deux tubes de soufflage d'air, - la figure 5 est une vue en élévation et en coupe par un plan vertical montrant le serpentin et une partie du tube-foyer avec un tube de soufflage d'air. La chaudière pour charbon pulvérisé représenté sur la figure 1 comprend un tube-foyer 1 entouré d'une chemise d'eau à chauffer 2 parcourue par des tubes de fumée 3; le tube-foyer 1 est précédé d'un avant-foyer 4 avec lequel il est raccordé coaxialement. Cet avant-foyer 4 a une paroi latérale interne 5, généralement cylindrique, entourée d'un serpentin 6 de circulation d'eau noyé dans une matière réfractaire et isolante; l'avant-foyer 4 a encore une paroi avant 7 comprenant un ouvreau 8 en béton réfrac- taire et isolant au centre duquel débouche la partie extrême d'un brûleur 9 de charbon pulvérisé. Ce dernier peut être par exemple du type décrit dans le document FR-A-2 054 741. Ainsi qu'il est connu, il existe sur l'avant-foyer 4, une entrée d'air primaire par le brQleur 9 avec le charbon - pulvérisé, une entrée d'air secondaire 10 entourant étroi- tement le brûleur 9 au centre de l'ouvreau 8, une entrée d'air tertiaire 11 disposée pour entourer l'ouvreau 8. On ne décrira pas davantage cette chaudière qui est connue dans son ensemble; on expliquera maintenant en détail quels sont les perfectionnements apportés par l'invention. L'entrée d'air tertiaire 11 est composée ainsi qu'on peut le voir sur la figure 3, d'une multitude d'ori- fices distincts 12 percés tout autour de l'ouvreau 8 dans la t8le 13 qui limite, du côté de l'avant-foyer 4, une boite annulaire 14 d'arrivée d'air tertiaire. Les orifices 12 peuvent avoir un diamètre de 15 à 25 mm, de préférence 20 mm environ, Leur nombre dépend du débit de l'air ter- tiaire. Par exemple, sur une chaudière pouvant brûler 600 kg/h de charbon, il y avait 63 orifices 12 d'un diamètre de 20 mm chacun régulièrement espaces sur une circonférence de 1014 mm de diamètre. Selon l'invention il existe aussi sur la chaudière décrite ici un circuit 15 de soufflage qui se termine par des tubes de soufflage disposés pour souffler longitudinalement, parallèlement à l'axe de l'avant-foyer 4 et du tube-foyer 1; ces tubes sont placés à l'avant de l'avant-foyer 4, autour de la partie basse de l'ouvreau 8 et à l'avant du tube-foyer 1. Dans le présent exemple, il existe trois tubes 16 - mieux visibles sur les figures 2, 3, 4 - montés sous l'ouvreau 8, et trois tubes 17 dont un seul est mieux visible sur la figure 5. Aux deux emplacements il existe un tube central se trouvant dans le plan vertical qui passe par l'axe de la chaudière en position d'utili- sation et deux tubes latéraux. Les trois tubes sont espacés sur un arc de cercle de 70 à 110 , exactement de 90 dans le présent exemple. Chaque tube 16, 17 se termine de préférence par un orifice 18 aplati dans le sens radial et élargi dans le sens circonférentiel de la chaudière, comme le montre la figure 4. Le circuit 15 de soufflage est totalement indé- pendant des autres circuits d'air primaire, secondaire et tertiaire. Il est alimenté en air sous pression à une valeur allant de 6 bars à 15 bars, de préférence 10 bars dans le présent exemple. Selon l'invention, comme on peut le voir sur la figure 5, le serpentin 6 est composé de spires succes- sives 19, jointives, placées côte à côte dans le sens longi- tudinal de l'avant-foyer 4, autant que possible sur toute la longueur de ce dernier. Sur la figure 5, plus proche de la réalité, il existe dans le serpentin 6 un intervalle central pour faciliter le raccordement, à l'aide de deux brides 20, de deux parties assemblées qui composent ensemble l'avant-foyer 4; cet agencement n'est pas représenté sur la figure 1. Celle-ci montre qu'il est possibles au contraire, de réaliser l'avant-foyer 4 en une seule pièce et d'y monter un serpentin à spires 19 accolées sur la totalité de la longueur. Une extrémité des spires 19 est raccordée à un collecteur d'alimentation et l'extrémité opposée à un col- lecteur d'évacuation faisant partie d'un circuit d'eau alimentant la chaudière. Pour parvenir à une bonne combustion, on agira sur l'action du serpentin 6 afin de maintenir entre 600 et 900 C la température de la paroi interne 5 de l'avant-foyer 4, à l'aide de moyens de régulation appropriés connus en soi. La figure 5 montre aussi que les spires 19 ont une moitié, exactement la moitié supérieure dans cet exemple, qui est placée dans un plan transversal perpendicu- laire à l'axe de l'avant-foyer 4 tandis que l'autre moitié, la moitié inférieure par conséquent, se trouve dans un plan transversal incliné par rapport à l'axe de l'avant-foyer 4. Pendant la marche de la dhudière, le serpen- tin 6 permet de contrôler efficacement la température à l'intérieur de l'avant-foyer 4, si bien que les cendres restent à l'état pulvérulent,sans avoir tendance à s'agglo- mérer en masses importantes, ce qui se produirait si elles subissaient un début de fusion. Le circuit d'air de soufflage 15 est mis en service de façon cyclique, par exemple à intervalles de temps allant de 30 à 60 mn, pendant une durée plutôt courte de 1 à 10 mn. L'air soufflé en sens longitudinal dans les parties basses de l'avant-foyer 4 et du tube-foyer 1 chasse dans le courant des gaz de combustion les cendres les plus lourdes qui auraient pu se déposer et s'accumuler dans ces parties basses. Cependant, ainsi qu'on l'a déjà dit, le contrôle de la température dans l'avant-foyer par l'inter- médiaire du serpentin est primordial et peut rendre inutile l'emploi du circuit d'air de soufflage. Le maintien entre 600 ' et 900 C de la tempéra- ture de la paroi intérieure de l'avant-foyer se fait avan- tageusement, comme on l'a indiqué en trait mixte sur la figure 5, au moyen d'une canalisation 21 mise en dérivation entre l'entrée et la sortie du serpentin 6 et sur laquelle est montée une vanne de réglage 22. Grâce à celle-ci on régule la circulation de l'eau dans le serpentin en fonc- tion de la température mesurée, par exemple, à l'aide de détecteurs de température 23 introduits entre les spires du serpentin jusqu'à proximité de la paroi intérieure de l'avant-foyer. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la combustion de charbon pulvérisé dans une chaudière comprenant un tube-foyer précédé d'un avant-foyer caractérisé en ce qu'on maintient entre 600 0C environ et 900 C environ la température de la paroi intérieure de cet avant-foyer. 2. Chaudière à charbon pulvérisé à avant-foyer (4) précédant un tubefoyer (1), cet avant-foyer (4) ayant une paroi latérale interne (5) entourée d'un circuit de refroidissement et une paroi avant (7) contenant un ouvreau (8) au centre duquel est monté un brûleur (9) de charbon pulvérisé, caractérisée en ce que le circuit de refroidis- sement de l'avant-foyer (4) est un serpentin (6) à spires (19) se succédant les unes aux autres substantiellement sur la totalité de la longueur de cet avant-foyer (4), raccordé à une extrémité à une canalisation d'alimentation en eau de refroidissement et à son autre extrémité à une canalisa- tion d'évacuation, permettant le contrôle de la température de la paroi latérale interne (5). 3. Chaudière selon la revendication 2 caractérisée en ce que chaque spire (19) a une demi-spire disposée dans un plan transversal perpendiculaire à l'axe de l'avant- -foyer (4) tandis que la demi-spire complémentaire est disposée dans un plan transversal incliné par rapport à l'axe de l'avant-foyer (4). 4. Chaudière selon l'une quelconque des revendica- tions 2, 3 caractérisée en ce que les spires (19) sont jointives. 5. Chaudière selon la revendication 2 ayant autour de l'ouvreau (8) une entrée d'air tertiaire, caractérisée en ce que cette entrée d'air tertiaire se compose d'une multitude de trous distincts espacés sur un cercle entourant l'ouvreau (8). 6. Chaudière selon la revendication 5 caractérisée en ce que les trous de l'entrée d'air tertiaire ont un diamètre de 15 à 25 mm, de préeference 20 m.n 7. Chaudière selon la revendication 2 caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit (15) de soufflage indé- pendant se terminant par plusieurs tubes de soufflage (16, 17) disposés pour souffler dans le sens longitudinal de l'avant-foyer (4) et du tube-foyer (1), dans le sens des gaz de combustion, d'une part à l'avant de l'avant-foyer (4) autour de la partie basse de l'ouvreau (8), d'autre part à l'entrée du tube-foyer (1). 8. Chaudière selon la revendication 7 caractérisée en ce que, aux deux emplacements, les tubes se trouvent sur un arc de 70 à 110 , de préférence 90 . 9. Chaudière selon la revendication 7 caractérisée en ce que le circuit de soufflage (15) est raccordé à une source d'air sous une pression allant de 6 bars à 15 bars, de préférence 10 bars. 10. Procédé assurant une bonne combustion avec la chaudière selon l'une quelconque des revendications 2 à 9 caractérisé en ce qu'on régule par une canalisation de dérivation (21) la circulation de l'eau de refroidissement dans le serpentin (6) de manière à maintenir la paroi interne (5) de l'avant-foyer (4) à une température comprise entre 600 et 900 C conformément à la revendi- cation 1. 11. Procédé assurant une bonne combustion avec la chaudière selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'on envoie de l'air sous pression dans le circuit de soufflage (15) pendant une durée de 1 à 10 minutes à des intervalles de 30 à 60 minutes.