Brevet FR2596852A1 — publié le 19871009

I,a présente invention con cerne une chaudière pour combus tibles solides s type à combustion inversée et à chambre de post combllstion. Des chaudières de ce type sont déjà connues ; elles permettent de diminuer le taux d'imbrûlés dans les fumées, entrainant ainsi une amélioration du rendement de la chaudière. Une chaudière à chambre de post combustion est déjà décri te dans la demande française nO 85 00 946 de la demanderesse. La chaudière décrite comporte une chambre de post combustion située à l'arrière du foyer et débouchant dans les carneaux échangeurs situés dans la partie supérieure de la chaudière, au-dessus de la réserve de combustible. Un des inconvénients de cette construction est que le cendrier réciipératctir de cendres, situé dans la partie basse, ne participe pas à l'échange de chaleur puisqu'il ne se trouve pas dans le circuit des fumées. Sir le plan de l'échange thermi que, le cendrier ost donc considéré comme une surface perdue et cette surface ntest pas nég3igeable. Une autre chaudière, décrite dans la demande française rO 84 ol 083 est du type à combustion inversée et comporte une chambre de combustion en partie basse, située sous la grille, les échangeurs étant placés parallèlement aux parois de la réserve de combustible. Cette disposition est nécessaire puisqu'il s'agit d'une chaudière acier avec chemise d'eau, les échangeurs devant etre placés dans le volume d'eau. Une telle chaudière présente également des inconvénients les entrées d'air primaire se font dans le plan de la grille et la surface de grille est nettement insuffisante pour la combustion du bois ; le fond du foyer comporte im nombre important d'éléments (tuyère conique, grille, passages d'air primaire à travers la sole, conduits débouchant dans la zone de pyrolyse, parois d'une chambre anniîlaire de préchauffage de l'air primaire ...) compliquant la construction et augmentant le coût et, le poids dii combustible repose entièrement sur la grille. Le but de la présente invention est de pallier tous les inconvénients de l'art antérieur en optimisant au maximum la construction : faire participer le maximum de surtaces à 1 'é- chanee de chaleur, sinipi itier la construction pour optimiser le parcours de fumées et pour diminuer le colt de l'ensemble. A cet effet, l'invention consiste en une chaudière pour combustibles solides du type à combustion inversée et à chambre de post-combustion caractêrisee en ce qu'elle comporte deux grilles en série. En outre, la dite chaudière peut comporter un canai en brique réfractaire mimi dans sa partie supérieure d'ouvertures en norme de grille ; le dit canal servant à la toits de chambre de combustion et de cendrier, et permettant une temperature de post-combustion tres élevée. Le canal retractaire ayant ainsi iine triple ponction.Pour optimiser la constructior et e parcours des tumees, les carneaux echangeurs sont placés dans la partie basse de la chaudière, uirectement à pro ximitd du canat réfractaire ; plusieurs variantes de disposition des carreaux sont possibles. I.e premier mode de réalisa Li on décrit convient parfaite- ment pour Ja combustion au hois. Le second mode de realisatlon décrit comporte une variante de construction permettant l'uti- lisation de la chaudiere avec dn bois, au charhon, des dechets d'origine agricole, organique, industrielle et tout combustion ble solide en générai.Cette variante porte sur la présence de deux grilles : une grille primaire située au-dessus de la grille secondaire et ayant pour but ae supporter la charge du combustible, d'augmenter la surtace de grille, d'éviter la tormation ae macheler ; une grille secondaire appartenant au canal re tractaire. La grille primaire assurant ainsi au moins deux tonctions. Les avantages des modes de réalisation ae l'invention sont : - production d'oxyde de carbone tres taible ; - absence d'imbrûlés gazeux - production très faible de goudrons imbrûlés et de macheter - souplesse de tonctionnement - facilité de nettoyage - simpi i citt de construction - passage direct entre la chambre de combustion et les surfaces d'échange. La description ci-après est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est ur schéma de principe montrant un pre mier mode de réalisation, vu en coupe selon un plan parallèle a la façade avant de la chaudière - la figure 2 est une coupe selon A-A de la figure 1 - la fifre 3 est un schéma de principe montrant un second mode de réalisation, vu en coupe selon un plan parallèle h la façade avant de la chaudière - la figure 4 est une vue en perspective montrant le parcours des fumées. Le premier mode de réalisation non limitatif de l'invention représenté aiix figures 1 et 2 comporte principalement - une réserve de combustible (1) dans la partie supérieure du corps de la chaudière - un canal réfractaire (2) muni d'orifices ou d'une grille (3) dans sa partie supérieure - d'lune pluralité de carneaux échangeurs (4,4') - de clapets d'entrée d'air primaire (5) et secondaire (6) - d'un ventilateur d'extraction (10) placé à la sortie du dernier carneau (4'). Le canal réfractaire (24 est formé ici par une goulotte en brique réfractaire, sensiblement en forme de "U", fermée dans sa partie supdrienre par une grille également en brique réfractaire. Le choix d ce matériau permet de supporter des températures plus élevées que par exemple la fonte réfractaire. La chambre de post-combustion (7) , délimitée par le canal réfractaire, pourra ainsi etre portée à des températures très élevées de 1 'ordre de 6000 assurant la combustion des composés chimiques diverse oxyde de carbone, matières volatiles, braises traversant la grille (3). Toute variante de forme et d'assemblage des éléments constituant le canal réfractaire (2) est possible. Les carneaux sont munis de façon connue en soi d'ailettes t9) d'échange de chaleur. On prévoit au moins une entrée d'air primaire (5), au moins une entrée d'air secondaire (6), par exemple des clapets lestés de type coniiu, s'ouvrant par- la dépression créée par le ventilateur d'extraction (10). Le ventilateur d'extraction (104 est placé à la sortie du carneau (4'). I3 permet d'inverser la combustion comme le montre la figure 2 : l'air primaire est amené par une entrée d'air primaire (5), traverse la grille (3) de haut en bas, la flamme se développe à travers la grille et à l'intérieur du canal réfractaire. Le dit canal réfractaire (2) peut être fragmenté en tron çons et/ou présente uiie forme cylindrique, etc. Les carneaux échangeurs (4) et (4') sont disposés direct tement à proximité du canal réfractaire (2) dans le but d'obtenir des liaisons très courtes entre la chambre de combustion et les surfaces d'échante. Selon la disposition préférée non limitative de la figure 1, le premier carneau (4) est au même niveau que le canal réfractaire (2), le deuxième carneau (4') étant surélevé. Cette disposition a 1 'avantage de conférer a la réserve de combustible (1) un fond incliné (8) favorisant la descente du combustible. On peut prévoir d'autres variantes, par exemple : un canal réfractaire de mime largeur que le corps de la chaudière pour augmenter la surface de la grille et augmenter la puissance, les carneaux étant situés sous le canal réfractaire. Les formes, dimensions et nombre de carneaux présentés ici ne sont pas limitatifs. L'air secondaire est amené directement dans la zone chaude du canal réfractaire (7) portée à haute température, ce qui favorise la combustion des composés gazeux qui ont traversé la grille (3). La chambre (7) délimitée par le canal réfractaire (2). joue donc le rôle de chambre de post-combustion. Gracie au matériau réfractaire, on obtient une température très élevée dans cette chambre de post-combustion (7). Les fumées chaudes soumises à la dépression du ventilateur traversent successivement le canal réfractaire (2), le carneau (4), le carneau (4'), selon un parcours de fumées représenté sur la figure 4. Bien entendu, on pourrait utiliser de façon équivalente un ventilateur d'insufflation, l'ensemble du circuit de combustion et d'échange de chaleur étant alors en pression par rapport à l'atmosphère. En outre, le canal réfractaire et, éventuellement, au moins un des carneaux joue le rôle de cendrier dans lequel les cendres se déposent par gravité. Par conséquel1t, dans cette chaudière, le cendrier participe à la combustion et à l'échange de chaleur ; il ne constitue plus une surface inutile. Un autre avantage du mode de réalisation préféré de cette chaudière est la facilité du nettoyage. On prévoit sur l'une au moins des façades avant ou arrière, au moins une trappe ou une porte non représentée, permettant d'accéder directement à la chambre (7) et aux carneaux (4,4'). Ces trois éléments sont aisément accessibles polar le nettoyage, et du fait de leur position près du sol, la récupération des saletés est plus aisée et moins salissante. On prévoit encore une porte de chargement de combustible, non représentée, sur la façade avant de la chaudière. La demanderesse propose une variante de réalisation de l'invention représentée en figure 3. La différence principale entre les figures 1 et 3 est la présence d'une chambre de pré-combustion (11). Cette chambre de pré-combustion (11) est réalisée par l'utilisation de deux grilles de combustion en série. Vne grille primaire (12) qui retient les grosses braises et supporte la masse du combustible, et une grille secondaire (3) qui peut être une brique réfractaire percée, au travers de laquelle se développe la flamme. Tous les autres éléments de la chaudière, canal rétrac taire (2), carneaux (4, 4'), etc, restant identiques à ceux du premier mode de réalisation de la figure 1. La demanderesse a eu l'idée d'ajouter la grille primaire (12) pour résoudre simultanément plusieurs problèmes. D'abord on s'était imposé pour première condition de choisir une grille de chambre de post-combustion en brique réfractaire, car ce matériau présente aux hautes températures une meilleure tenue et une meilleure résistance thermique que la fonte réfractaire, permettant comme déjà dit précédemment d'obtenir des températures très élevées et de diminuer encore le taux d'imbrûlés et, non limitativement, d'oxyde de carbone. L'inconvénient de la brique réfractaire étant sa moins grande résistance mécanique, il fallait trouver un moyen pour supporter la charge du combustible. Ensuite, pour pouvoir brûler également du charbon et augmenter la puissance, tout en conservant l'avantage du fwnd incliné (8), il fallait pouvoir augmenter la surface de la grille soutenant le combustible. En oiitre, la température de combustion sur grille ne doit pas atteindre le point de fusibilité des cendres qui en tramerait la formation de machefer ; cette dernière condition est en contradiction avec la première condition qui est de choisir une grille montant à haute-température. La demanderesse a résolu simultanément tous ces problèmes en ajoutant la grille primaire (12) en fonte réfractaire, placée sensiblement plus haut qiie la grille secondaire (3), de façon appropriée pour que la surface de passage de la flamme soit suffisante pour la combustion du charbon, déchargeant ainsi la grille (3) en brique réfractaire du poids du combustible et évitant que la température de combustion sur grille atteigne le point de fusibilité des cendres. De préférence, mais non limitativement, les parois (13) de la chambre de pré-combustion (11) sont garnies également de briquetage réfractaire pour dviter un refroidissement de la chambre de pré-combustion (11). La présente chaudière est de préférence, mais non limitativement, réalisée en fonte ; elle est prévue, non limitativement, pour des puissances de fonctionnement de 20 à 40 kw. Jusqu présent, on n'avait pas encore réalisé en fonte des chaudières à combustibles solides avec des carneaux en partie basse. Dans toute la description et les revendications, on comprendra que les termes "brique réfractaire" ont été employés pour alléger les explications, mais signifient : "tout matériau solide réfractaire du type silico-alumineux", synonymes dans le métier de "pierre réfractaire" ou "briquetage réfractaire". Enfin, le principe des deux grilles en série peut etre employé sur toute aritrc variante de réalisation, en particulier sur oes chaudières ne comportant pas de canal réfractaire et, l'homme du métier pourra choisir les types de grilles appropriées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REXtENDICATION S ***************** 1) Chaudière pour combustibles solides du type à combustion inversée et à chambre de post-combustion caractérisée er ce qu'elle comporte deux grilles en série : une gril-le primaire (12) et une grille secondaire (3) en brique réfractaire. 2) Chaudière pour combustibles solides selon la revendication précédente caractérisée en ce qu'elle comporte une chambre de pre-combustion (118 située entre les deux grilles (12, 3) dont les narois sont recouvertes d'un 1zriquetage réfractaire. 38 Chaudière pour combustibles solides selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte un canal (2) en briquetage réfractaire muni dans sa partie supérieure d'une grille (3) en brique réfractaire, le dit canal servant à la fois de chambre de post-combustionwet de cendrier, et permettant une températllre de post-combustion très élevée. 4) Chaudière poiir combustibles solides selon l'une quel conque des revendications précédentes caractérisée en ce que le canal (2) est composé d'une goulotte en brique réfractaire, en forme de "t", fermée dans sa partie supérieure par une grille (3) en brique réfractaire. 5) Chaudière pour combustibles solides selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le canal réfractaire est composé d'une pluralité de tronçons. 6) Chaudière pour combustibles solides selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle est en fonte et comporte une pluralité de carneaux échangeurs (4, 4 " disposés dans la partie basse de la chaudière, avec accès direct au canal réfractaire (2). 7) Chaudière pour combustibles solides selon l'une quelconque des reveidications précédentes caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un carneau (4') surélevé par rapport au canal réfractaire (28 pour former un fond incliné (8) dans la réserve de combustible. 85 Chaudière pour combustibles solides selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le cendrier est formé par le canal réfractaire (2) et au moins un carneau éctiangeur (4).