Brevet FR2570802A1 — publié le 19860328

CHAUDIERE POUR L'UTILISATION THERMIQUE DE PRODUITS DE COMBUSTION A HAUTE TENEUR EN PRODUITS PULVERULENTS, NOTAMMENT POUR CHAUFFER AVEC DES DECHETS La présente invention concerne une chaudière pour l'utilisation thermique de produits de combustion à haute teneur en produits pulvérulents ou en particules, avantageusement pour chauffer avec des déchets. La structure de chaudière conforme à l'invention permet de refroidir, avec un rendement favorable, un produit de combustion formé de poussières volantes ayant de mauvaises propriétés de combustion et une haute teneur en particules, ou bien elle permet de l'utiliser avec un bon rendement thermique. La présente invention peut, en premier lieu, être utilise dans ce qu'on appelle des installations de chauffage utilisant des dechets (par exemple des gousses de tournesols), mais elle peut cependant également être appliquée au chauffage des chaudières utilisant de la chaleur et qui font appel au refroidissement de gaz chauds avec d'autres technologies. Dans le cas du chauffage à partir de déchets, par exemple lors du chauffage avec des gousses de tournesols, il arrive fréquemment que le produit de combustion sortant de l'installation de combustion contienne une forte proportion de cendres volantes qui se déposent sur les surfaces de chauffage par convection de la chaudière en gênant le fonctionnement et en provoquant fréquemment des arrêts de production. En outre, le dépôt de grandes quantites de cendres volantes altère la transmission de chaleur et le rendement. Dans ce domaine industriel, on utilise généralement des chaudières qui sont construites pour un chauffage au gaz ou au mazout, ou bien on convertit de telles chaudières en vue de remplir les conditions indiquees ci-dessus. Cela s'explique entre autre par le fait que l'utilisation de déchets et d'autres matières résiduelles combustibles a été réactualisée à l'époque de la croise des hydrocarbures mais ces chau dières ou leur réalisation réactualisée ne sont déjà plus suffisantes pour les capacités de production de vapeur de 2 à 15 t/h, comme cela était classique avec les chaudières à hydrocarbures. Les chaudières utilisées pour réaliser un chauffage avec des déchets peuvent être classées, en principe, en deux groupes: les chaudières à tubes de fumée et les chaudières à tubes d'eau. Parmi les chaudières a tubes de fumée, on peut distinguer des chaudières à trois modes combustibles, qui etaient construites à lori- gine pour fonctionner avec des hydrocarbures. Dans ces chaudieres, il est prévu devant les tubes de fumée, un foyer rapporté (cf. par exemple la chaudière autrichienne du type HDMRS 600). Un inconvénient de ces modes de réalisation de chaudières consiste en ce que, dans les petits volumes de rayonnement, les particules entraînes avec les fumées ne peuvent pas être refroidies en-dessous de la température limite de ramollissement de sorte que les particules adhèrent également sur les surfaces de chauffe de la chaudière. Le nettoyage de ces dépôts est tres compliqué et nécessite beaucoup de travail.Dans d'autres structures de chaudières à tubes de fumée, il est prévu un espace de rayonnement de grand volume à côte du ballon de vapeur qui est place en aval (cf. par exemple le type de chaudière PH de la demanderesse). Avec cette construction, des cendres volantes entraînées dans les fumées peuvent déjà être refroidies dans le foyer en-dessous de la température de ramollissement de sorte que cette poussière ne se dépose pas sur les tubes sous la forme diune couche compacte et difficile à enlever. L'inconvénient de cette structure consiste cependant, en ce que, à cause de la grande épaisseur de parois du tambour de chaudières à tubes de fumée, qui a un grand diamètre, cette solution peut seulement être appliquée au-dessus de 8 t/h et seulement jusqu'à des valeurs moyennes de pression (au maximum 20 x 10 5 Pa).Avec ces chaudières à tubes de fumée, on ren- contre une autre difficulté qui consiste en ce que, pour le nettoyage des tubes de fumée (pour le ramonage), la chaudière doit être arrêtée, ce qui altère la rentabilite et les conditions d'exploitation de la chaudière. Pour les chaudières à tubes d'eau, on évite les inconvénients mentionnés ci-dessus par le fait que leurs pressions ne sont pratiquement pas limitées et que, en cours de marche, l'opération de nettoyage est possible sans arrêt de la chaudière (cf. par exemple la chaudiere de la Société autrichienne BERTS, qui fonctionne en Hongrie dans l'usine de "Martfüi Nbvényolajgyar"). Par augmentation de la pression, il est possible de mieux utiliser la vapeur produite par la combustion des déchets, et notamment à titre d'exemple pour faire fonctionner des turbines à vapeur dans des centrales thermiques.De telles chaudieres à tubes d'eau -dans la gamme de puissances des chaudières qui utilisent des déchets combustibles- sont produites d'une manière classique avec une construction verticale à deux ou plusieurs voies, ou bien sous la forme d'une structure verticale compacte, comportant la plupart du temps des tubes coudés. Ces chaudières comportent des tubes convecteurs et, l'expérience montre qu'elles sont affectées par des dépôts de particules provenant du combustible pulvérulent. Dans un type bien connu de chaudières comportant un ensemble de tubes convecteurs verticaux, les tubes convecteurs sont soudés entre des tubes qui limitent le passage des fumées. (cf. par exemple le type de chaudière "Compact II/250-UVD" de la société ouest allemande WEISS). Pour la déviation des fumées, il est prévu des plaques horizontales qui assurent une protection contre le jet de soufflage de suie pendant l'opération de nettoyage par soufflage (par exemple avec de la vapeur ou de l'air comprime). Les cendres volantes entraînées sont collectées à la partie inférieure du passage mais le problème de leur évacuation n'est pas résolu. Pour réaliser des réparations génerales ou bien pour remplacer quelques éléments lors de l'entretien, les tubes convecteurs ne sont accessibles que par decoupage des parois laterales. Dans une autre construction connue, les tubes verticaux sont soudés entre deux tambours allongés; cette solution presente également un inconvénient en ce qui concerne le nettoyage et en cas de remplacement des tubes (cf. par exemple, la revue "Zeitschrift für Energiewirtschaft und Kraftbetriebtechnik", 1971, volume n" 4, "Kompaktkessel in Gleichrohr Bauform"). L'invention a pour but de proposer un type de chaudiere qui remédie aux inconvénients précites des réalisations connues et qui assure, d'une maniere plus favorable, dans le cas où l'on utilise des combustibles ayant une grande teneur en cendres volantes, la continuité et la rentabilité d'exploitation. L'invention permet d'obtenir une construction de chaudiere dans laquelle: - les tubessconvecteurs sont disposés verticalement, de sorte qu'ils sont insensibles à une accumulation de poussières; - les panneaux tubulaires convecteurs peuvent être facilement nettoyés par soufflage au moyen d'éléments de soufflage de la suie; - en-dessous des éléments de suspension de tubes, il est prévu un auget collecteur de cendres de conception spéciale, comportant une vis sans fin de décharge ou un moyen analogue; - les faisceaux tubulaires ou les éléments de suspension de tubes peuvent être remplacés rapidement et simplement. L'invention a pour objet une chaudière permettant une utilisation plus favorable de la chaleur de matières combustibles à haute teneur en poussières, la chaudière comportant un volume de rayonnement place au-dessus de la chaudière et deux passages à tubes d'eau. Le dispositif de chauffage est disposé en-dessous du premier passage de la chaudière, cette chaudière comportant un ballon générateur de vapeur, un surchauffeur et un rechauffeur d'eau alimentaire. Dans le second passage de la chaudiere, il est prevu un surchauffeur et des faisceaux tubulaires de vaporisation (par convection). Les parois de délimitation de la chau dière sont constituees par des tubes placés l'un à coté de 1 'autre de façon étanche aux fumées. L'essence de l'invention consiste en ce que les faisceaux tubulaires de vaporisation situés dans le second passage de la chaudière se composent de faisceaux tubulaires disposes l'un derrière l'autre et qui sont relies par soudure en haut et en bas à des collecteurs tubulaires, les axes des faisceaux tubulaires étant orientés verticalement. Les collecteurs tubulaires inférieurs de répartition sont disposées en quinconce dans une direction verticale. En-dessous des collecteurs tubulaires de repartition, il est prévu un volume collecteur de cendres qui est forme par une structure compartimentée, qui est équipée d'un organe de decharge de cendres, par exemple d'une vis sans fin. Selon un exemple avantageux de réalisation de l'invention, les faisceaux tubulaires sont agencés de telle sorte qu'ils peuvent être extraits de a chaudière à la façon de cassettes. Dans un exemple avantageux de realisation de l'invention, les parois tubulaires délimitant le passage convecteur sont reliées à la partie inférieure du passage, par soudure, à un collecteur, alternativement à l'avant et à l'arrière. Selon un autre exemple avantageux de réalisation de l'invention, il est prevu sur le côte exterieur des parois tubulaires délimitant le passage de la chaudière, une enveloppe étanche au gaz, formee de tôle en forme de plateaux à bords relevés, reliées entre elles par leurs bords par une soudure bord à bord à lèvres jointives. Les plateaux sont fixés sur les parois tubulaires au moyen de plaques de jonction en forme de peignes qui sont espacées les unes des autres et au moyen de fers porteurs horizontaux a section en U. La structure de chaudière, decrite ci-dessus, présente les avantages suivants: - la disposition des faisceaux tubulaires convecteurs dans le deuxième passage est agencée de telle sorte que ce passage convienne particulierement pour un refroidissement des produits de combustion à haute teneur en cendres, et notam ment par le fait que:: a.- ce passage se compose de faisceaux tubulaires ver ticaux sur lesquels les dépôts sont réduits au minimum; b.- les tubes verticaux sont extrêmement avantageux en ce qui concerne la circulation naturelle; c.- les cendres separées des faisceaux tubulaires par les souffleurs de suie s'écoulement vers le bas jusque dans les augets collecteurs de sorte que la quantité d'impuretés refoulees dans l'environnement par l'intermédiaire de la cheminée; d.- à partir de l'auget collecteur, les cendres volantes peuvent être évacuées de façon continue au moyen d'une vis sans fin; - l'agencement des faisceaux tubulaires est simple et peu coûteux; - les faisceaux tubulaires peuvent être sortis de la chaudière à la façon de cassettes en cas de réparations générales;; - le squelette de la chaudière et les faisceaux tubulaires constituent une structure autoportante, le ballon de vapeur est monté sur des tubes de support par gravité et la chau diere ne comporte aucun organe porteur particulier; - on peut disposer en-dessous du volume de rayonnement un dispositif de chauffe approprie; - l'enveloppe en tôle etanche aux gaz qui est disposée sur la surface extérieure des parois tubulaires peut être facilement démontée par meulage des soudures à lèvres jointives à l'endroit désiré; - sur la paroi frontale du premier passage, il est possible d'installer, si necessaire, des brûleurs en vue d'une chauffe complémentaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexe dans lequel: - la figure la est une vue en coupe horizontale selon M à la figure la de la chaudière conforme à l'invention; - la figure lb est une vue en coupe transversale de la chaudière conforme à l'invention; - la figure lc représente en coupe schématique selon BB à la figu re la une partie de l'auget collecteur de cendres volantes de la chaudière conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue schématique du faisceau tubulaire de vaporisation par convection conforme à l'invention;; - la figure 3 montre les parois de délimitation des passages de la chaudière qui sont agencées conformement à l'inven tion en coupe verticale et en coupe transversale CC. Comme le montre la figure 1, la chaudière se présente sous la forme d'une structure verticale, qui est pourvue de deux passages ou circuits de produits de combustion et dans laquelle on peut disposer, de façon appropriée, un réchauffeur d'eau alimentaire. Le foyer ou générateur de produits de combustion 1 est placé en-dessous de la chaudière proprement dite. Le ballon de vapeur 5 est placé au-dessus et sur le côté de la chambre de rayonnement. Les produits de combustion s'écoulent à partir du foyer dans le premier passage de la chaudière en passant notamment dans ce qu'on appelle la chambre de rayonnement. Cette chambre est délimitée par des parois tubulaires chauffées 2. Les tubes des parois tubulaires 2 sont relies par soudure à des collecteurs inférieurs de répartition 3 et à des collecteurs superieurs 4 qui constituent simultanément également le châssis de la chaudière. Des tubes de fond 19 de la chambre de rayonnement sont disposés parallèlement en laissant des intervalles entre eux et les cendres volantes passant par ces intervalles parviennent dans une trémie collectrice, non représentée sur le dessin. Un second passage est placé à côté de la chambre de rayonnement et est sépare, de façon étanche au gaz, de la paroi tubulaire 6 agencée à la facon d'une membrane. Les fumées s'écoulent sur la paroi arrière de cette paroi tubulaire 6 en passant dans le second passage. La chambre de rayonnement est également délimitée par les parois tubulaires 2 qui, en correspondance à la temperature des fumees, ne sont pas placées l'une à côté de l'autre dans les zones les plus chaudes, c'est-à-dire que sont établis des intervalles qui debouchent sur l'enveloppe arrière en tôle etanche aux gaz 16 et sur l'isolation thermique 21. La partie inférieure de la chambre de rayonnement est délimitée par la paroi tubulaire 2 avec des intervalles. La largeur des intervalles est avantageusement choisie égale au diamètre des tubes.Par 1 'in- termédiaire de ces intervalles, les cendres volantes tombent dans le collecteur de cendres volantes 7 Le surchauffeur 8 est constitué par une structure suspendue qui se compose de tubes verticaux en forme de U, qui peuvent être sortis du passage dans une direction latérale, à savoir par l'intermédiaire des intervall-es existant entre les tubes latéraux de la paroi latérale 2. Comme le montre également la figure 2, le faisceau tubulaire de vaporisation par convection 9 se compose de rampes de tubes 10 orientés verticalement. Les tubes verticaux 10 sont reliés par soudure, respectivement en bas à un collecteur de distribution 11 et en haut à un tube collecteur 12. Les tubes collecteurs 12 sont orientés obliquement -en correspondance à la direction de circulation naturelle et sont reliés à des chambres collectrices principales 13. L'ensemble du faisceau tubulaire de vaporisation 9 peut être sorti de la chaudière latéralement à la façon d'une cassette. Les tubes collecteurs supérieurs 12 qui sont placés étroitement, l'un à côté de l'autre, délimitent ensemble un passage de fumées.Les tubes de répartition 11 situés en bas sont disposés en quinconce dans le sens vertical, de maniere à obtenir que les cendres volantes tombent dans l'auget 7 de collecte de cendres volantes et que, simultanément, les collecteurs de répartition 11 -par leur effet de refroidissement- protègent le volume collecteur des cendres volantes placé en-dessouscontre un échauffement exagéré, et notamment dans la zone où est placé l'auget collecteur de cendres volantes en-dessous dudit passage et où il est prévu un dispositif mécanique de décharge 14, par exemple une vis sans fin. Pour arrêter l'écoulement des fumees dans l'auget collecteur 7, il est prévu des plaques d'obturation 15 orientées dans une direction transversale. Ces plaques sont reliees aux tubes collecteurs inférieurs de répartition 11 des faisceaux tubulaires de vaporisation.Les cendres volantes sont evacuées de la partie inférieure de l'auget collecteur 7 au moyen d'un dispositif mécanique de décharge 14, par exemple d'une vis sans fin disposée horizontalement. L'arbre de cette vis sans fin est refroidi par de l'air qui est fourni par le ventilateur debitant de l'air secondaire de combustion. La figure 3 montre que les parois tubulaires 2, qui délimitent les passages de la chaudière, sont constituees par ce qu'on appelle des parois tubulaires à enveloppe complémentaire dans lesquelles il est prevu, en arrière des tubes placés etroitement l'un à côté de l'autre, une enceinte arrière en tôle 16 étanche aux gaz. L'enceinte arrière en tôle 16 est formée de plateaux comportant des bords recourbés et qui sont reliées dans une direction horizontale avec les profilés en tôle 17 en forme de U par une soudure lèvres jointives ou bord à bord. Les profiles en U sont soudés sur les parois tubulaires en quelques endroits au moyen de plaques 18 en forme de peignes. On remarque qu'il est prévu dans les rampes ou réseaux tubulaires 10, des souffleurs de suie 22. Bien entendu, la presente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Chaudière pour l'utilisation thermique de produits de combustion à haute teneur en produits pulvérulents, avantageusement pour chauffer avec des déchets, la chaudière étant munie d'une chambre de rayonnement placee en haut et de deux passages horizontaux, le foyer étant dispose en-dessous du premier passage de la chaudière et celle-ci comportant un ballon de vapeur, un surchauffeur et un réchauffeur d'eau alimentaire, un second surchauffeur étant placé dans le second passage de la chaudière où sont places les faisceaux tubulaires (convecteurs) de vaporisation tandis que les parois délimitant la chaudière sont constituées par des tubes places l'un contre l'autre de façon étanche aux gaz pour former des parois tubulaires, caractérisée en ce que les faisceaux tubulaires de vaporisation (9) disposés dans le second passage de la chaudière sont reliés par soudure en haut et en bas à des collecteurs tubulaires (11 et 12) et sont constitues par des rangées de tube (10) orientées verticalement et placés les unes derrière les autres, en ce que les collecteurs inférieurs de répartition (11) sont disposés en quinconce dans une direction verticale, en ce qu'il est prévu un espace collecteur de cendres volantes (7) pourvu de tôles séparatrices (15) en-dessous du premier et du dernier collecteur tubulaire de répartition (11) et qui comporte un organe de décharge de cendres volantes, par exemple au moyen d'une vis sans fin (14). 2.- Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les faisceaux tubulaires (9) sont agencés de manière à pouvoir être extraits de la chaudiere à la facon de cassettes. 3.- Chaudière selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les parois tubulaires (2) délimitant un passage de convection sont reliés à la partie inférieure du passage,par soudure, à un collecteur (3), alternativement à l'avant et à l'arrière. 4.- Chaudière selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'il est prévu sur le côte extérieur des parois tubulaires (2) délimitant les passages de la chaudière, une enveloppe en tôle étanche aux gaz (16) et en forme de plateaux à bords relevés, en ce que les plateaux sont reliés entre eux par leurs bords à l'aide d'une soudure à lèvres jointives et en ce que les plateaux sont fixés sur les parois tubulaires par des plaques de jonction (18) en forme de peigne qui sont espacées les unes des autres ainsi que par des fers porteurs horizontaux (17) à section en U.