Brevet FR2571474A1 — publié le 19860411

BRULEUR A COMBUSTIBLE SOLIDE POUR CHAUDIERE L'invention se rapporte à un brûleur à combustible solide fragmenté, destiné à fonctionner en association avec une chaudière ou un échangeur de chaleur analogue. Les combustibles solides fragmentés (par exemple bois déchiqueté, déchets végétaux, charbon pulvérulent) sont généralement brûlé dans des avant-foyers à feu continu. Ce sont des dispositifs lourds où la combustion s'effectue sur grille avec récupération des gaz chauds dans un échangeur ou une chaudière. L'invention a pour but de créer un avant-foyer qui se comporte comme un brûleur, avec émission de flamme et possibilité d'allumage et d'extinction sur simple commande. L'objet de l'invention est ainsi un brûleur à combustible solide fragmenté, qui comprend une enceinte tubulaire possédant une première extrémité de chargement et une deuxième extrémité de raccordement à la chaudière et renfermant, dans la région de sa première extrémité, un creuset qui reçoit d'un transporteur le combustible solide fragmenté et d'une source d'air pulsé un flux d'air primaire, et dans lequel ont lieu une combustion partielle et une pyrolyse du combustible solide, avec formation de flamme; ladite enceinte comporte à sa deuxième extrémité une sortie d'air pulsé injectant un flux d'air secondaire vers la flamme en vue de la combustion complète des fractions imbrûlées résultant de la pyrolyse précitée, suivant une orientation oblique par rapport à l'axe longitudinal de l'enceinte, propre à faire s'allonger la flamme hors de cette dernière, jusque dans la chaudière ou l'échangeur de chaleur dont le brûleur assure le chauffage. Dans un tel brûleur, la combustion s'effectue de façon optimale, car l'air comburant y est admis à deux niveaux correspondant respectivement à un flux d 'air primaire qui assure une pyrolyse du combustible et une combustion des matières solides qui en résultent, et à un flux d'air secondaire destiné à brûleur, dans une phase de post-combustion, les composants gazeux issus de la pyrolyse. En outre, la pression de l'air secondaire se communique à la flamme et aide celle-ci à vaincre les pertes de charge à l'intérieur de la chaudière ou de l'échangeur de chaleur. Il convient de prévoir un prechauffage du flux d'air secondaire, qui peut être assuré par la chaleur énanant de la partie de la flamme située à l'intérieur de l'enceinte du bru^leur. A cet effet, ladite enceinte peut comporter deux parois tubulaires coaxiales offrant un espace intermédiaire annulaire que parcourt le flux d'air secondaire, préalablement à son injection vers la flamme, en s'échauffant et en refroidissant corrélativement l'enceinte. Par ailleurs, le flux d'air secondaire est de préférence injecté avec une composante de giration autour de l'axe de l'enceinte afin d'assurer par brassage un mélange air-gaz le plus intime possible. A cet effet, dans ledit espace annulaire peut hêtre placé un ensemble de déflexion imprimant au flux d'air un mowement de giration autour de l'axe de l'enceinte et constitué par exemple par des ailettes obliques disposées immediatement en amont de la sortie d'air secondaire. Lorsque l'enceinte a la forme d'un cylindre de révolution, on peut aussi prévoir une introduction de l'air secondaire dans ledit espace annulaire suivant une direction tangentielle par rapport à l'axe de l'enceinte, de sorte que l'air introduit est le siège, dans cet t espace, d'un;notivement de giration de morne sens que celui que lui imprime l'ensemble de déflexion que l'enceinte peut comporter. Avantageusement, les flux d'air primaire et secondaire sont fournis par une même source d'air pulsé, une vanne de réglage étant prévue pour commander le débit d'air primaire. Dans une forme d'exécution préférée, le creuset reçoit à une extrémité de chargement de sa surface le combustible solide amené par le transporteur; ce combustible brûle sur ladite surface en y progressant sous la poussée du combustible neuf au fur et à mesure de son arrivée, tandis que les résidus de combustion tombent de ladite surface par une extrémité de sortie dans une goulotte d'évacuation, laquelle, de préférence, plonge sur une certaine hauteur dans un bac rempli d'eau où sont collectes les résidus de combustion, de façon à contenir la légère surpression créée dans le brûleur par l'air pulse et à empêcher l'échappement de gaz de combustion dans la chaufferie ou est installé le brûleur.Par ailleurs, la chute des résidus de combustion encore incandescents dans l'eau que contient le bac assure leur extinction et écarte tout risque d'incendie. L'un des avantages essentiels du Brûleur selon l'invention est que la combustion y est intermittente, contrairement au feu continu des chaudières à grille classiques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'un exemple de réalisation non limitatif. - La figure 1 représente, en coupe longitudinale, un Brûleur selon l'invention. - La figure 2 représente; à échelle legèrement plus grande, une coupe suivant la ligne CD du brûleur de la figure 1. Le bru leur à combustible solide représenté comprend une enceinte tubulaire 1 offrant la forme d'un cylindre de révolution et constituée par deux parois coaxiales, savoir une paroi intérieure la (en acier inoxydable réfractaire) et une paroi extérieure lb (en tôle ordinaire). Ces parois, ouvertes à leur extrémité en regard de la chaudière 2 sur laquelle est montée le brûleur, sont fermés à leur extrémité opposée par des plaques de fond respectives 3a, 3b. Dans l'enceinte 1 est monté un creuset 4 qui s'étend à partir de la plaque 3a sur la iritîé de la longueur environ de ladite enceinte. Ce creuset est composé de trois épaisses plaques perforées en fonte au chrome, disposées parallèlement à l'e 5 de 1 'enceinte 1, savoir une plaque 4a harizontale flanquée de deux plaques 4b inclinées, l'ensemble offrant la forme d'une gouttière où s'effectue la combustion des matières solides à brûler. Ces dernières lui sont amenées par un transporteur à vis d'Archimède 6 à travers les plaques de fond 3b et 3a, à partir d'une trémie tampon 7.Un regard oblique 32 obturable permet la mise à feu du combustible dans le creuset 4 et l'inspection visuelle de la combustion, ainsi que le nettoyage du creuset. L'air comburant est fourni par un ventilateur 8 via une tubulure 9 qui débouche, à 1 'extrémité de l'enceinte 1 opposée à la chaudière 2, en direction tangentielle par une fenêtre 10 pratiquée dans la paroi extérieure lb de l'enceinte 1.Une partie de l'air introduit par cette tubulure pénètre dans une chambre 11 apparaissant entre les plaques 3a et 3b et donne naissance à un flux d'air primaire I qui, après avoir traversé la plaque 3a par un orifice 12, atteint la face inférieure du creuset 4, puis le combustible solide 13 que contient celuici via les perforations prévues dans les plaques 4a, 4b du creuset pour assurer une bonne répartition de l'air sur l'ensemble du combustible. Le débit d'air primaire peut être modéré au moyen d'une vanne de réglage 16 située en regard de l'orifice 12, à une distance pouvant être modifiée par rotation d'un bouton 33. Une autre partie de l'air insufflé issu de la tubulure 9 pénètre dans l'espace annulaire 14 apparaissant entre les parois cylindriques la, lb et y progresse en tournant autour de l'axe 5 en un mouvement de giration causé par l'arrivée tangentiefle de l'air insufflé. Ce mouvement de giration est accentué par des ailettes 15 disposées obliquement par rapport à l'axe 5 dans l'espace 14 à l'extrémité de l'enceinte 1 opposée aux plaques de fond 3a, 3b. Finalement, l'air sort de la fente annulaire par laquelle se termine l'espace 14 pour former un flux d'air secondaire II giratoire, injecté en direction du foyer 17 de la chaudière 2 obliquement vers l'axe 5 grâce à un rebord terminal 18 rabattu coniquement que comporte la paroi extérieure lb. En fonctionnement, le combustible solide 13 déposé par le transporteur 6 à l'extrémité d'entrée du creuset 4 est enflammé. Soumis à des jets d'air primaire I très violents, il est l'objet d'une combustion partielle à très haute température, avec création d'une flamme 19. Parallèlement se développent des réactions de pyrolyse qui causent une gazéification des matières volatiles issues du combustible; ces matières imbrûlées sont entrainees, dans une première zone A, avec des particules enflarranées. Durant les périodes d'alimentation du creuset 4 en combustible par le transporteur 6, les matières se trouvant dans le creuset progressent longitudinalement en direction de son extrémité de sortie. Finalement, les cendres et résidus de combustion tombent dans une goulotte verticale 20 qui traverse la double paroi la, lb de l'enceinte 1 et dont l'extrémité inférieure est immergée sur une hauteur h dans un bac 21 rempli daleau. Les résidus 22 s'accumulent au fond de ce bac, sans formation de poussière, tandis qu'une contre-pression est créée par l'eau pour équilibrer la légère surpression interne du brûleur et de la chaudière (10 à 30 mm d'eau), créée par l'air pulsé en provenance du ventilateur 8. Une pompe 23 est prévue pour évacuer périodiquement du bac 21, via une conduite 29, les matières qui s'y sont accumulées. La flamne 19 issue du creuset 4 est accompagnée, dans une première zone A, de substances combustibles gazéifiées, dues aux réactions de pyrolyse, lesquelles blent à leur tour dans une deuxième zone B sous l'action du flux d'air secondaire II injecté avec une imFortante vitesse de giration assurant un brassage énergique des gaz, le régime giratoire ainsi créé se communiquant d'ailleurs en amont jusqu'à la zone A.De plus, ce flux d'air est émis par la fente annulaire de sortie de l'espace 14 avec convergence vers l'axe 5 et de façon homogène tout autour de celui-ci, ce qui a pour effet de reconcentrer la flamme 19 et de lui donner une forme allongée permettant son développsent, sa pénétration et sa bonne répartition dans le foyer 17 de la chaudière 2. On obtient ainsi l'achèvement de la combustion, qui est rendue quasiment complète. L'air primaire I injecté sous le creuset 4 via l'orifice 12, lequel est à peu près diamétralement opposé à la fenêtre 10 d'entrée d'air, s'est échauffé lors de sa traversée de la chambre 11. De même, 1' air secondaire Il injecté en direction de la flamme 19 s 'est échauffé en parcourant l'espace 14 qui sépare les parois la et lb. La mise en oeuvre de flux d'air ainsi préchauffés favorise les réactions de combustion et améliore le rendement du brûleur tout en diminuant les pertes calorifiques au niveau de ce dernier. Afin de réduire encore ces pertes, l'enceinte 1 est entourée d'une jaquette 24 garnie intérieurement d'une couche 25 de substance thermiquement isolante telle que de la laine de roche. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, l'insufflation d'air par le ventilateur 8 dans le brûleur crée dans celui-ci et dans la chaudière 2 attenante une légère surpression. Celle-ci assure un excellent tirage sans qu'il soit besoin de prévoir un ventilateur d'extraction sur la cheminée de la chaudière. Afin que la formation de cette surpression ne soit pas entravée par des fuites, il convient de réaliser une jonction de bonne étanchéité entre l'enceinte 1 du brûleur et celle de la chaudière 2. A cet effet, le beur est fixé à la paroi antérieure de la chaudière, en regard d'une ouverture 26 de dimension correspondante pratiquée dans cette paroi, par boulonnage d'une bride annulaire 27 soudée le long du bord d'extrémité de la paroi lb de l'enceinte tubulaire 1. Par ailleurs, pour éviter toute remontée de fumée dans la trémie d'alimentation 7 via le tube du transporteur 6, celui-ci est muni d'une tubulure latérale 28 par laquelle est injecté un flux d'air auxiliaire issu également du ventilateur 8. La puissance du Brûleur peut être modulée en jouant sur le débit d'alimentation en corbustible solide par commande du motoréducteur 30 qui actionne la vis du transporteur 6. Cette modulation est par exemple effectuée par tout ou rien en commandant le fonctionnement et l'arrêt du moto-réducteur à partir d'un programmateur de temps 31, pouvant lui-même être commandé par un élément thermo-sensible (thermostat, aquastat,..) via un circuit électronique approprié. REVENDICATIONS 1. Brûleur à combustible solide fragmenté pour chaudière, caractérisé par le fait qu'il comprend une enceinte tubulaire (1) possédant une première extrémité de chargement et une deuxième extrémité de raccordement à la chaudière (2) et renfermant, dans la région de sa première extrémité, un creuset (4) qui reçoit d'un transporteur (6) le corrustible solide fragmenté (13) et d'une source d'air pulsé (8) un flux d'air primaire (I), et dans lequel ont lieu une combustion partielle et une pyrolyse du combustible solide, avec formation d'une flamme (19), et comportant à sa deuxième extrémité une sortie d'air pulsé injectant un flux d'air secondaire (II) vers la flamme (19) en vue de la combustion complète des fractions imbrûlées résultant de la pyrolyse précitée, suivant une orientation oblique par rapport à l'axe longitudinal (5) de l'enceinte (1), propre à faire s'allonger la flamme (19) hors de cette dernière. 2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le flux d'air secondaire (li) est préchauffé par la chaleur émanant de la partie de la flamme (19) située à l'intérieur de l'enceinte (1). 3. Brûleur selon la revendleation 2, caractérisé par le fait que 1 'enceinte (1) comporte deux parois tubulaires (la, lb) coaxiales offrant un espace intermédiaire (14) annulaire que parcourt le flux d'air secondaire préalabletent à son injection vers la flamme (19). 4. Brûleur selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé par le fait que le flux d'air secondaire (il) est injecté avec une composante de giration autour de l'axe (5) de l'enceinte (1). 5. Brûleur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que dans ledit espace annulaire (14) est placé un ensemble de déflexion imprimant au flux d'air un mouvement de giration autour de l'axe 6. Brûleur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'ensemble de déflexion est constitué par des ailettes (15) obliques, disposées immédiatement en amont de la sortie d'air secondaire. 7. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que l'enceinte (1) a la forme d'un cylindre de révolution et que l'air secondaire est introduit dans ledit espace annulaire (14) suivant une direction tangentielle par rapport à l'axe (5) de l'enceinte, de sorte que l'air introduit est le siège, dans cet espace, d'un mouvement de giration de même sens que celui que lui imprime l'ensemble de déflexion que l'enceinte peut comporter. 8. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les flux d'air primaire (I) et secondaire (II) sont fournis par une même source d'air pulsé (8), une vanne de réglage (16) étant prévue pour commander le débit d'air primaire. 9. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le creuset (4) reçoit à une extrémité de chargement de sa surface le combustible solide (13) amené par le transporteur (6) et que ce combustible brute sur ladite surface en y progressant sous la poussée du combustible neuf au fur et à mesure de son arrivée, tandis que les résidus de combustion tombent de ladite surface par une extrémité de sortie dans une goulotte d'évacuation (20). 10. Brûleur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la goulotte d'évacuation (20) plonge sur une certaine hauteur (h) dans un bac (21) rempli d'eau où sont collectés les résidus de combustion.