Brevet FR2614395A1 — publié le 19881028

"Foyer de chaudière, notamment pour déchets urbains, à grille composée de barreaux alternativement fixes et mobiles à va-et-vient, à souplesse de réglage accrue" L'invention se rapporte à un foyer de chaudière équipé d'une grille destinée à supporter une masse de fragments solides en combustion, notamment déchets urbains, et comprenant, en pente descendante entre une zone de chargement amont et un cendrier aval, au moins une nappe constituée d'une succession de barreaux transversaux avec une face dorsale pour le support de la masse et une face frontale en appui glissant par un bord inférieur sur la face dorsale du barreau immédiatement en amont, les barreaux étant accrochés par une extrémité aval alternativement à un bâti fixe de foyer et à un cadre mobile en va- et-vient longitudinal sous l'impulsion d'un moyen de commande, le foyer comportant en outre, sous la grille, au moins un caisson de soufflage équipé de moyens de ventilation pour alimenter en air comburant la masse à travers des orifices de soufflage pratiqués dans des barreaux, et, au- dessus de la grille, une chambre de chaudière, reliée à un carneau d'évacuation de fumées, qui s'étend longitudinalement de la zone de chargement à un mur vertical, dit mur d'autel, le foyer se prolongeant par une voûte surbaissée depuis le mur d'autel jusqu'au cendrier. Le type de grille qui équipe de tels foyers, o les faces des éléments dévolues à la poussée des fragments de masse en combustion sont tournées vers l'amont pour s'opposer à la descente rapide des solides combustibles et provoquer un brassage ou tisonnement de la masse, a été abondamment décrit dans l'état de la technique depuis le brevet US-A-2 250 067 déposé en 1938. Depuis des perfectionnements ont été apportés, visant notamment la disposition d'orifices de soufflage qui traversent les éléments de barreaux pour amener de l'air comburant à la masse en combustion, à partir de -caissons de soufflage situés en dessous de la grille. Des dispositions ont été préconisées pour améliorer le tisonnement en garnissant au moins certains éléments de barreaux de saillies au raccordement des faces dorsales et frontales, et pour améliorer le refroidissement des barreaux par l'air comburant soufflé. Le document de brevet FR-A-2 574 160 décrit une grille de foyer qui comporte des éléments de barreaux munis au raccordement de la face frontale et de la face dprsale, et sur cette dernière, de saillies transversales à facettes, avec des orifices de soufflage d'air pratiqués dans une facette arrière des saillies de façon à regarder vers l'aval et conduire des jets d'air depuis le dessous de la grille dans la masse de solides combustibles, dans une direction qui remonte d'environ 15' sur l'horizontale. Ce document de brevet décrit en outre des moyens pour maintenir en alignement les éléments de barreaux accolés. L'utilisation de combustibles en fragments solides de qualités inégales, tels que des déchets urbains, avec des teneurs parfois relativement importantes de composants incombustibles qui vont constituer les mâchefers et cendres, pose des problèmes de réglages des allures de combustion. Par ailleurs, la plupart des combustibles solides présentent successivement deux modes de combustion, un premier mode de carbonisation, o se dégagent les composants volatils qui brûlent en donnant des flammes longues, et un mode de brasiert presque sans flammes, o la combustion se poursuit sur les composants solides du combustible, ou braises. Les conditions optimales de combustion sont différentes suivant les modes de combustion. Pendant la carbonisation, les couches de combustible peuvent être relativement épaisses, et la perte de charge de l'air comburant à travers la couche reste modérée, les canaux entre fragments combustibles étant de sections relativement importantes, et la formation des flammes donnant une impulsion à l'air comburant. Par contre, dans le mode brasier, les cendres et mâchefers provoquent des pertes de charge sensibles pour l'air comburant et les couches sont avantageusement plus minces. De plus la transmission de chaleur depuis les points en - ignition vers les parties combustibles restantes se fait en majeure partie par rayonnement et partiellement par convection des fumées, et est contrariée par la présence des cendres et mâchefers. Lorsque, de façon courante, on règle les conditions de combustion pour un compromis entre l'optimalisation du mode de carbonisation et celle du mode de brasier, en se rapprochant de l'optimalisation du mode de carbonisation qui met en oeuvre une partie majeure de l'énergie latente de combustion, la proportion d'imbrûlés dans les mâchefers est notable. L'invention a pour objet un foyer du genre défini ci-avant, o le rendement de combustion est accru par des réglages particuliers des conditions de combustion dans les modes de carbonisation et de brasier. A cet effet, l'invention propose un foyer de chaudière équipé d'une grille destinée à supporter une masse de fragments solides en combustion, notamment déchets urbains, et comprenant, en pente descendante entre une zone de chargement amont et un cendrier aval, au moins une nappe constituée d'une succession de barreaux transversaux avec une face dorsale pour le support de la masse et une face frontale en appui glissant par un bord inférieur sur la face dorsale du barreau immédiatement en amont, les barreaux étant accrochés par une extrémité aval alternativement à un bâti fixe de foyer et à un cadre mobile en va- et-vient longitudinal sous l'impulsion d'un moyen de commande, le foyer comportant en outre, sous la grille, -au moins un caisson de soufflage équipé de moyens de ventilation pour alimenter en air comburant la masse à travers des orifices de soufflage pratiqués dans les barreaux, et au- dessus de la grille une chambre de chaudière, reliée à un carneau d'évacuation de fumées, qui s'étend longitudinalement de la zone de chargement à un mur vertical, dit mur d'autel, le foyer se prolongeant par une voûte surbaissée depuis le mur d'autel jusqu'au cendrier, caractérisé en ce que la grille comprend, dans sa longueur, deux nappes successives avec sensiblement la même pente générale, se raccordant sensiblement à l'aplomb du mur d'autel, chaque nappe possédant son propre cadre mobile avec son propre moyen de commande et son propre caisson de soufflage avec ses propres moyens de ventilation. Comme chacune des deux nappes de grille possède ses propres moyens de réglage, tant du soufflage que des conditions de progression des fragments de masse combustible, la nappe amont peut être réglée pour optimiser' le mode de carbonisation et la nappe aval pour optimiser le mode de brasier. D'un autre côté, la division du foyer en deux parties, chambre de chaudière et voûte surbaissée, se raccordant par le mur d'autel, a pour effet de déterminer des régimes de combustion différents, la chambre de chaudière se prêtant au développement de flammes longues, tandis que la voûte surbaissée aval forme réverbère et se prête à la combustion des braises. Ainsi la séparation de la grille en deux nappes, et celle du foyer en deux parties avec des raccordements au même aplomb, coopèrentelles aux optimisations distinctes des deux modes de combustion. De façon préférée, les nappes de grille seront équipées d'éléments de barreaux selon FR-A-2 574 160. Avantageusement la grille se prolonge par un tablier en auvent au-dessus du cendrier, réglable en orientation autour d'un axe horizontal adjacent à l'extrémité de grille. L'orientation de ce tablier permet de régler le débit'de déversement des cendres et mâchefers dans le cendrier, et partant, d'agir sur l'épaisseur de la couche de braises sur la nappe aval. Des caractéristiques secondaires et les avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexes dans lesquels: 26 1 4395 la figure 1 est une coupe d'ensemble d'un foyer selon l'invention; la figure 2 est une vue latérale de la grille qui équipe le foyer de la figure 1; la figure 3 est une coupe suivant le plan III-III de la figure 2; la figure 4 est un détail IV de la figure 2, montrant le raccordement des deux nappes de grilles; la figure 5 est une vue montrant la solidarisation latérale des éléments de barreaux de grille. Selon la forme de réalisation de l'invention choisie et représentée figure 1, le foyer 1 dans son ensemble comporte, entre une trémie de chargement 2 amont et un cendrier 3 aval, une grille 4 composée d'une nappe amont 41 et une nappe aval 42, les nappes de grilles étant constituées de barreaux alternativement fixes et mobiles en va-et-vient longitudinal sous l'impulsion de moyens de commande 45 et 46. Sous les nappes 41 et 42, respectivement, sont disposés des caissons de soufflage 43 et 44. Tout cela sera précisé de façon détaillée en référence aux figures 2 à 4. Au-dessus de la nappe 41 se développe une chambre de chaudière 5, qui sera parcourue par les fumées, guidées par des cloisons en chicane, jusqu'à un carneau d'évacuation 8. Au-dessus de la grille 4, la chambre de chaudière 5 est fermée, vers l'aval, par un mur briqueté 7 dit couramment mur d'autel. Au-delà de ce mur d'autel 7, qui est sensiblement à l'aplomb du raccordement entre les nappes de grilles, le foyer se prolonge longitudinalement vers l'aval par une voûte surbaissée 6 qui aboutit au cendrier 3. Comme on le voit mieux sur les figures 2 à 4, la grille 4 est constituée de deux nappes 41 et 42, formées d'éléments accolés de barreaux alternativement fixes, respectivement 55 et 56, et mobiles en va-et-vient longitudinal respectivement 55' et 56'. Les barreaux comportent (voir figure 4) des faces dorsales 55a, 55'a, 56a, 56'a, des faces frontales tournées vers l'amont 55b, 'b 56b, 56'b, et des saillies 55c, 55'c, 56c, 56'c, sur la face dorsale 55a, 55'a, 56a, 56'a au raccordement de - celle-ci avec la face frontale 55b, 55'b, 56k, 56'b correspondante. Chaque barreau 55, 55', 56,.56' repose, par un rebord inférieur de sa face frontale 55b, 55'b, 56b, 56'b en appui glissant, sur la face dorsale du barreau immédiatement en amont. Par ailleurs, les barreaux fixes 55, 56 sont accrochés par leur extrémité arrière sur une traverse solidaire d'un bâti de foyer 50, tandis que les barreaux mobiles 55' et 56' sont accrochés par leur extrémité arrière à des cadres respectivement 45d et 46d, mobiles longitudinalement. A cet effet les cadres 45d et 46d sont munis de galets 53, 54 qui sont susceptibles de rouler sur des rails 51, 52 fixés au bâti de foyer 50, et- disposés parallèlement aux barreaux. En outre le bâti 45d est attelé à son extrémité amont, par l'intermédiaire d'une bielle 45b à un levier de renvoi 45a attelé à son tour à un vérin hydraulique à double effet 45. De façon analogue, le cadre 46d possède un timon 46c fixé à son extrémité antérieure, qui passe sous la nappe 41 pour s'atteler, par l'intermédiaire d'une bielle 46b, à un levier de renvoi 45a, attelé à son tour à un vérin hydraulique 46 à double effet. On notera que, au raccordement des nappes 41 et 42, est disposé un barreau 58, dont le rebord inférieur de la face frontale 58b repose sur la face dorsale du barreau mobile 55' extrême aval de la nappe amont 41, tandis que la face dorsale 58a de ce barreau 58 reçoit l'appui de la face frontale 56'b du barreau mobile 56' extrême amont de la nappe aval 42. Le barreau 58 est attaché par son extrémité postérieure à une traverse solidaire du bâti fixe 50. Comme on le voit mieux sur la figure 4, les saillies c, 55'c, 56c, 56'c et 58c des barreaux comportent, dans une facette tournée vers l'arrière, des orifices de soufflage 55d, 55'd, 56d, 56'd et 58d dont l'axe, dirigé vers l'aval, s'élève dans cette direction avec une pente 7- plus proche de l'horizontale que de la verticale, ici d'environ 15'. Cette disposition réduit la quantité de cendres volantes entraînées avec les fumées. Sous les nappes 41 et 42 sont disposés des caissons de soufflage 43 et 44, respectivement, en forme de trémie, et reliés à une canalisation générale de soufflage 48 à travers des vannes de réglage 43a et 44a. On notera que sur la figure 1, l'arrivée d'air de soufflage dans les caissons est représentée de façon très schématique. Le débouché des vannes 43a et 44a dans les caissons 43 et 44 est situé à mi-hauteur de ces caissons, pour que le recueil des cendres fines qui traversent les nappes 41 et 42 n'interfère pas avec le soufflage. En extrémité aval de la grille 4 est disposé un tablier 47, orientable autour d'un axe horizontal 47a adjacent à l'extrémité de grille, et formant auvent au-dessus du cendrier 3. Un panneau 47b est disposé en pont entre le barreau extrême aval (mobile) de la nappe 42 et le tablier 47. En fonctionnement (figures 1 à 4), les déchets urbains sont poussés hors de la trémie 2 sur l'extrémité amont de la grille 4. Le vérin 45 est piloté en va-et-vient avec une cadence et une amplitude réglée, en entraînant par le jeu du levier 45a et de la bielle 45b le cadre 45d, de sorte que les barreaux 55' se déplacent en va-et-vient, à la cadence du vérin 45 et avec une amplitude en correspondance, par rapport aux barreaux 55 qui les encadrent. La masse déversée de la trémie 2 est maintenue fragmentée et descend la pente suivant laquelle s'étend la grille, avec une vitesse déterminée par l'opération du vérin 45, et une épaisseur fonction de cette vitesse et du débit de déchets déversés de la trémie 2. Le débit d'air de soufflage est réglé, par la vanne 43a, de façon à obtenir une combustion à grandes flammes adéquate (combustion des produits distillés et carbonisation des parties fixes). En arrivant sur le barreau 58, les déchets, réduits pour la majeure partie à leurs parties solides, essentiellement goudrons lourds et carbone, et cendres plus ou moins vitrifiées, passent sur la nappe 42, dont les barreaux 'mobiles 56' sont mus en va-et-vient par le vérin 46, par un mécanisme correspondant à celui de la'nappe 41,' mais avec une cadence et une amplitude réglées indépendamment par des moyens de pilotage. On conçoit qu'ainsi l'épaisseur de la couche combustible peut être ajustée aux conditions de combustion en brasier; le débit d'air comburant soufflé est ajusté par la vanne 44a de façon adéquate, compte tenu de la composition de la couche combustible, de l'épaisseur de couche en corrélation avec la vitesse de descente. On remarquera que le réglage de l'inclinaison du tablier 47 agit en coopération avec le réglage de vaet-vient des barreaux mobiles 56' de la nappe 42 pour contrôler l'épaisseur de couche combustible. On notera que le passage sur la nappe 42 pour l'établissement de la combustion en mode de brasier coincide avec l'engagement de la couche combustible dans la voûte surbaissée 6, au-delà du mur d'autel 7. Cette voûte surbaissée forme réverbère, et facilite l'entretien de la combustion des braises. Toutes ces dispositions concourent à une meilleure utilisation du pouvoir calorifique de combustion des déchets urbains, en réduisant le taux d'imbrûlés dans les cendres et mâchefers. Les barreaux de grille ne sont évidemment pas d'une pièce sur la largeur du foyer, pour des raisons facilement compréhensibles de poids, de déformations, et de mise en place et remplacement. Ils sont constitués d'éléments sensiblement rectangulaires, accolés latéralement. Toutefois, la réduction de poids des pièces unitaires résultant de la division du barreau en éléments, si elle facilite les manutentions, a l'inconvénient que les éléments se soulèvent plus facilement de leur appui sur le barreau amont lorsqu'un corps étranger tend-à s'engager entre les barreaux. Aussi, comme on le voit à la figure 5, les éléments 101, 102 sont-ils solidarisés par leurs faces frontales 101a, 102a en dessous des saillies 103, 104 o sont pratiqués des orifices de soufflage tels que 104a. La solidarisation est obtenue par un pontet 105 en forme de C avec deux branches réunies par une traverse, les deux branches pénétrant dans des cavités complémentaires pratiquées dans les faces frontales 101a, 102a. Le pontet est entièrement engagé dans ces faces frontales, et est maintenu en place par des plaquettes 107,- 108, soudées sur les faces frontales 101a,.102a, par pointage à l'arc. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution, dans le cadre des revendications. Ainsi, par exemple, le guidage tel que décrit par galets 53, 54 et rails 51, 52 peut, dans certaines applications, avantageusement être remplacé par un guidage des châssis mobiles au moyen de rouleaux sur des plans inclinés. REVENDICATIONS 1. Foyer de chaudière équipé d'une grille destinée à supporter une masse de fragments solides en combustion, notamment déchets urbains, et comprenant, en pente descendante entre une zone (2) de chargement amont et un cendrier aval (3), au moins une nappe constituée d'une succession de barreaux transversaux (55, 55') avec une face dorsale (55a,...) pour le support de la masse et une face frontale (55b,...) en appui glissant par un bord inférieur sur la face dorsale du barreau immédiatement en amont, les barreaux étant accrochés par une extrémité aval alternativement à un bâti fixe de foyer et à un cadre mobile en va-et- vient longitudinal sous l'impulsion d'un moyen de commande, le foyer comportant en outre, sous la grille, au moins un caisson de soufflage (43, 44) équipé de moyens de ventilation pour alimenter en air comburant la masse à travers des orifices de soufflage pratiqués dans les barreaux, et au-dessus de la grille une chambre de chaudière (5), reliée à un carneau d'évacuation de fumées (8), qui s'étend longitudinalement de la zone de chargement à un mur vertical (7), dit mur d'autel, le foyer se prolongeant par une voûte surbaissée depuis le mur d'autel jusqu'au cendrier, caractérisé en ce que la grille comprend, dans sa longueur, deux nappes successives (41, 42) avec sensiblement la même pente générale, se raccordant sensiblement à l'aplomb du mur d'autel (7), chaque nappe possédant son propre cadre mobile (45d, 46d) avec soi propre moyen de commande (45,' 46) et son propre caisson de soufflage (43, 44) avec ses propres moyens de ventilation. 2. Foyer selon la revendication 1, caractérisé en ce que les barreaux de grille (55, 56) sont constitués d'une rangée d'éléments (101, 102) sensiblement rectangulaires en plan, accolés par des faces latérales sensiblement verticales. 3. Foyer selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de barreaux (101, 102) comportent, au 1 1 raccordement de la face frontale et de la face dorsale et au-dessus de cette dernière, au moins une saillie (103, 104) à section longitudinale en trapèze, avec une facette avant partant de la face frontale, et une facette arrière se terminant sur la face dorsale, et une facette supérieure entre les facettes avant et arrière. 4. Foyer selon la revendication 3, caractérisé en ce que les orifices de soufflage (104a) sont pratiqués dans la facette arrière, sensiblement normalement à celle-ci. 5. Foyer selon la revendication 4, caractérisé en ce que les orifices de soufflage présentent des axes en pente ascendante vers l'aval, plus proche de l'horizontale que de la verticale. 6. Foyer selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pente ascendante des axes des'orifices fait un angle d'environ 15' avec l'horizontale. 7. Foyer selon une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que lesdits éléments de barreaux sont solidarisés entre eux suivant la rangée par leurs faces frontales. 8. Foyer selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les deux nappes (41, 42) se raccordent sur un barreau (58) accroché au bâti fixe de foyer, reposant par le bord inférieur de sa face frontale sur la face dorsale du barreau extrême aval de la nappe amont, et supportant par sa face dorsale le bord inférieur de la face frontale du barreau extrême amont de la nappe aval. 9. Foyer selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens de commande (45, 46) appartenant respectivement à chacune des deux nappes (41, 42) sont aptes à manoeuvrer en va-et-vient le cadre correspondant avec une amplitude et une cadence réglables indépendamment l'un de l'autre, et que les moyens de ventilation équipant les caissons de soufflage respectifs de l'une et l'autre nappes sont réglables en débit indépendamment. 10. Foyer selon une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la grille se prolonge par un tablier (47) en auvent au-dessus du cendrier (3), ce tablier étant réglable en orientation autour d'un axe horizontal adjacent à l'extrémité aval de la grille.