Brevet FR2644873A1 — publié le 19900928

La présente invention a pour objet un disposés tif de propulsion d'un navire et un procédé de propulsion d'un navire à l'aide d'un tel dispositif. Actuellement, les dispositifs de propulsion classiques d'un navire comportent des chaudières soit monocombustibles, soit bicombustibles, c'est-à-dire pouvant brûler, par exemple, un carburant tel que du diesel pour l'allumage, et un carburant telle du fuel lourd lors du fonctionnement normal. En effet, un navire doit être à même de se propulser dans tous les cas de figure, une propulsion marine devant pouvoir répondre à une demande d'énergie conséquente, durant un temps de réponse relativement court, d'où l'utilisation à l'heure actuelle de chaudières bicombustibles. Mais, ces dispositifs de propulsion classiques présentent l'inconvénient majeur d'entraîner une consommation en carburant très élevée, une chaudière de propulsion consommant normalement à plein régime plus de 180 tonnes de fuel lourd par 24 heures pour un navire développant une puissance de 32000 cv sur la ligne d'arbre porte hélice. Le problème général à résoudre par l'objet de la présente invention consiste donc à réaliser un dispositif de propulsion d'un navire susceptible de répondre à une demande d'énergie conséquente, durant un temps de réponse le plus court possible, de manière à ce que le navire soit à même de se propulser dans tous les cas de figure, tout en entraînant une économie en consommation de carburant très importante. Selon la présente invention, ce problème général est résolu en ce que le dispositif de propulsion d'un navire est principalement sous la forme d'au moins une unité comportant une chaudière d'incinération polycombustible susceptible de fournir de la vapeur surchauffée, à partir de l'incinération de déchets et/ou de la combustion d'un carburant tel que fuel, diesel, gaz, etc..., chaque chaudière étant pourvue de brûleurs à débit variable disposés à l'intérieur d'une veine d'air d'alimentation traversant un réchauffeur d'air, le choix du ou des combustibles et la régulation de la charge s'effectuant sous le contrôle d'un automate programmable. En effet, l'incinération de déchets permet d'obtenir, par le biais de chaudières de récupération, un régime de puissance très élargie. Dans les usines d'incinération, les chaudières à vapeur surchauffée existantes produisent de l'énergie récupérée par des turbines, entraînant ainsi des alternateurs. I1 s'agit donc de concevoir et de réaliser un dispositif permettant la propulsion d'un navire par le biais d'au moins une chaudière d'incinération de déchets, cette incinération devant produire la même quantité d'énergie que celle produite avec du fuel lourd. En outre, la chaudière sera polycombustible, c'est-à-dire susceptible de géné- rer indifféremment de la vapeur surchauffée soit à partir d'un carburant (fuel, diesel, gaz, etc...), soit à partir de déchets, soit à partir des deux sources d'énergie simultanément.Bien entendu, la conduite du navire ainsi propulsé se fera selon les règles de l'art relatives à la bonne marche d'un navire à turbines à vapeur classiques, ainsi que selon celles relatives à la bonne marche des usines d'incinération possédant des chaudières à vapeur surchauffée. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique de face d'une unité du dispositif de propulsion conforme à l'invention la figure 2 est une vue schématique en plan de ladite unité du dispositif représenté à la figure 1 la figure 3 est une vue schématique de face et en coupe d'un navire muni d'un tel dispositif la figure 4 est une vue schématique en plan dudit navire représenté à la figure 3, le dispositif comportant deux unités la figure 5 est une vue de face et en coupe de la fixation d'un brûleur sur une chaudière d'une unité du dispositif de propulsion conforme à l'invention ;; la figure 6 est une vue schématique en plan illustrant le principe de fonctionnement d'un tel dispositif de propulsion muni de deux unités, et la figure 7 est une vue schématique en plan illustrant les liaisons de l'automate programmable avec les autres éléments d'une unité d'un dispositif de propulsion conforme à l'invention. Comme représenté à la figure 1 des dessins annexés, le dispositif de propulsion est principalement sous la forme d'au moins une unité 1 comportant une chaudière d'incinération 3 polycombustible susceptible de fournir de la vapeur surchauffée; à partir de l'incinération de déchets et/ou de la combustion d'un carburant tel que fuel, diesel, gaz, etc..., chaque'chaudière 3 étant pourvue de brûleurs 5 à débit variable disposés à l'intérieur d'une veine d'air 6 d'alimentation traversant un réchauffeur d'air 7, le choix du ou des combustibles et la régulation de la charge s'effectuant sous le contrôle d'un automate programmable 8. Comme représenté sur la figure 4 des dessins annexés, le nombre d'unités 1 et 2 du dispositif de propulsion pourra être avantageusement de deux. Chaque unité 1 fait bien entendu appel à un certain nombre d'éléments existants actuellement sur une unité classique d'une usine d'incinération, à savoir notamment une soute à ordures 25 de laquelle ces dernières sont extraites à l'aide d'un grappin de chargement 26, pour l'alimentation de la chaudière en déchets, monté sur un pont roulant 27 pouvant desservir deux unités 1 à la fois, ladite alimentation s'effectuant à travers une trémie de chargement 28, un dispositif d'incinération 4 sous la forme d'une table d'alimentation 29 dotée de vérins hydrauliques et d'un poussoir alimenteur et d'une grille d'incinération 30, également pourvue de vérins hydrauliques, pour la combustion des ordures susceptible d'incinérer au moins 15 tonnes d'ordures par heure, un extracteur à mâchefers 31 rempli d'eau étant disposé en aval de la grille 30 pour l'étanchéité hydraulique de l'unité 1 et l'évacuation des résidus de combustion. Grâce à une bande transporteuse 32 (tapis, godets, etc...), les résidus sont acheminés vers la soute à mâchefers du navire pour stockage. Des caissons d'air 33 sont, en outre, prévus sous la grille 30, alimentés par l'intermédiaire de la gaine de refoulement 34 d'air chaud provenant de la soute à ordures 25 et entraîné grâce au ventilateur 35. En outre, il est prévu une gaine 36 d'évacuation des fumées entraînées grâce à une turbine 37. Quant aux turbines 17, elles sont reliées à un réducteur 38 des tours turbines 17/tours hélice 39, le réducteur 38 étant relié à l'hélice 39 par l'intermédiaire d'une butée 22. Bien entendu, à tous ces éléments principaux sont encore ajoutés tous les auxiliaires permettant le fonctionnement d'une telle installation, tels que compresseurs d'air, centrales hydrauliques, postes de traitement des eaux, alternateurs, pompes auxiliaires etc... Peuvent également être ajoutés des auxiliaires tels qu'électrofiltre de dépoussierrage des fumées, système de séparation des cendres des électrofiltres et des mâ- chefers de combustion, système de déchloration des fumées, etc... En outre, la trémie de chargement 28 des ordures peut être dotée d'un système de détection d'incendie en étant munie, par exemple, d'une trappe à fermeture automatique pour étouffer le feu précisément en cas d'incendie,, et d'un système de détection du niveau de chargement des ordures. Quant aux circuits eau, vapeur, fuel, air, etc.,., ils seront identiques à ceux actuellement utilisés sur les navires de propulsion classique. Conformément à une caractéristique de l'invention, chaque chaudière 3 est préférentiellement du type aquatubulaire à cloison, pourvue de deux ballons, un supérieur 9 et un inférieur 10, de deux surchauffeurs 11 et 12 et d'un économiseur 13, la température de surchauffe étant régulée par une vanne trois voies 14 s'ouvrant plus Oll moins en fonction de la température de sortie du premier surchauffeur 11, et dirigeant le débit de vapeur, soit dans un désurchauffeur 15 noyé dans le ballon supérieur 9 de la chaudière 3, lorsque la température de surchauffe est trop haute et que la vanne trois voies 14 s'ouvre, soit dans les deux surchauffeurs 11 et 12 lorsque la température de surchauffe est trop basse et que la vanne trois voies 14 se ferme. A titre d'exemple, les caractéristiques de la chaudière 3 peuvent être les suivantes - Débit : 33 tonnes/heure - Pression de service : 42 bars - Timbre : 52 bars - Température eau alimentaire : 105 C - Température vapeur surchauffée 380 "C - Longueur : 15 m - Largeur : 6 m - Hauteur : 20 m 3 - Volume d'eau total : 57 M ; 3 - Volume d'eau service : 44 M3 ; - Surface de chauffe : 2600 M2 ; La chaudière 3 est également pourvue de ramoneurs à grenaillage ou à frappage pour son nettoyage journalier. D'autre part, on pourra avantageusement utili 2 ser des surchauffeurs 11 et 12 de 535 M2 de surface de 2 chauffe, et un économiseur 13 de 920 M2 de surface de chauffe. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, à la sortie des deux surchauffeurs 11 et 12, le débit de vapeur est dirigé vers un appareil de manoeuvre 16, puis dans les turbines 17, la vapeur étant condensée sous vide à la sortie des turbines 17 dans un condenseur 18 et l'eau étant aspirée par des pompes 19 et refoulée à travers différents échangeurs 20 avant d'atteindre la chaudière 3 en passant par l'économiseur 13. Quant aux brûleurs 5, ils sont avantageusement à débit variable et assistance vapeur du type Pillard, de telle façon que la chaudière 3 correspondante puisse fonctionner aux ordures, ou à un carburant tel que fuel, diesel, gaz, etc... ou simultanément aux deux sources d'énergie. En outre, ils sont préférentiellement positionnés parallèlement ou perpendiculairement aux ballons supérieur 9 et inférieur 10 de la chaudière 3, suffisamment au-dessus du foyer du dispositif d'incinération 4 pour ne pas risquer d'être endommagés par les flammes de combustion des déchets, le débit variable desdits brûleurs 5 assurant un fonctionnement optimum à la charge nominale de la chaudière 3 dans tous les cas de figures, et notamment en cas d'avarie du dispositif d'incinération 4. Une hauteur de 5 à 6 m au-dessus du dispositif d'incinération 4 sera normalement suffisante.Les brûleurs 5 sont, en outre, pourvus des sécurités et détections classiques. Comme représenté à la figure 5 des dessins annexés, la fixation d'un brûleur 5 sur une chaudière 3 s'effectue par l'intermédiaire d'un module 21 venant se loger à l'intérieur de la veine d'air 6 d'alimentation. Cette fixation s'effectue par tous moyens classiques, par exemple par l'intermédiaire d'un système vis-écrou, ou directement mécano-soudée, etc... Enfin, le nombre de brûleurs 5 par chaudière 3 pourra être avantageusement compris entre quatre et six. L'invention a également pour objet un procédé de propulsion d'un navire à l'aide du dispositif conforme à l'invention, procédé caractérisé en ce qu'il consiste principalement à réaliser successivement les opérations suivantes, sous le contrôle de l'automate programmable 8 - démarrage du dispositif, indifféremment à l'aide de déchets, de fuel, diesel, gaz, etc... - montée en allure par ouverture de l'appareil de ma noeuvre 16 des turbines 17, laissant passer le débit de vapeur motrice provenant d'au moins une chaudière 3 vers les turbines 17 de propulsion et commande simul tanée de l'alimentation en ordures du dispositif d'in cinération 4, enclenchement éventuel de différents brûleurs 5 déterminés, de la chaudière 3 correspondan te, puis arrêt de ceux-ci lorsque la quantité d'ordu res sur le dispositif d'incinération 4 est suffisante pour autoriser au navire une vitesse de fonctionnement stable et constante, quelle que soit la puissance de mandée, tous les brûleurs 5 restant en "stand by" pour allumage éventuel - descente en allure par diminution du débit de vapeur motrice provenant d'au moins une chaudière 3 vers les turbines 17 de propulsion, et mise en action de la ré gulation du dispositif d'incinération 4. Lors du démarrage du dispositif, quel que soit le combustible employé, il y a lieu de se conformer aux prescriptions d'allumage des chaudières classiques, en respectant notamment les courbes de montée en températu re et en pression, afin de ne pas infliger auxdites chaudières des contraintes thermiques trop élevées. Lors de la montée en allure la variation du débit de vapeur est mesurée à travers le diaphragme d'un débitmètre 23, puis envoyée à l'automate programmable 8, ce dernier mesurant la variation du nouveau débit demandé afin d'augmenter l'allure par rapport au débit de vapeur à l'allure donnée, de façon à en déduire le nombre de brûleurs 5 à enclencher, puis commandant l'allumage des différents brûleurs 5 déterminés jusqu'à ce que fa valeur dé consigne- soit atteinte, tout en accélérant l'alimentation en déchets du dispositif d'incinération 4, les brûleurs 5 s'éteignant tous lorsque la quantité d'ordures incinérée permet d'obtenir un débit de vapeur suffisant afin que le navire conserve la vitesse requise. Cette séquence du procédé peut être illustrée à l'aide de l'exemple suivant Soit X un débit de vapeur à une allure donnée; Soit X1 le nouveau débit demandé pour augmenter l'allure ; Soit B1, B2, B3 et B4, les seuils d'allumage de chacun des quatre brûleurs 5 Soit Y la différence X1 - X L'automate 8 mesure la variation Y = X1 - X. La première action de l'automate 8 est d'augmenter la vitesse de la table d'alimentation 29, de manière à augmenter la quantité d'ordures sur la grille 30. Puis, si la variation Y est différente de zéro, l'information va être comparée aux valeurs B1, B2, B3 et B4. Si la variation Y est supérieure ou égale à B1 et B2 et inférieure à B3, il y a demande d'allumage des deux premiers brûleurs 5 et la séquence d'allumage pour ces deux brûleurs 5 débutera. Cet exemple se répète pour l'allumage des quatre brûleurs 5. L'allumage des brûleurs 5 a donc pour consé- quence de conférer un plus grand débit de vapeur, la variation Y diminuant au fur et à mesure que la valeur de consigne est rattrappée par la vraie valeur du débit de vapeur. En fonctionnement normal, c'est-à-dire à allure constante, sans variation de charge et quelle que soit la puissance demandée, tous les brûleurs 5 sont donc éteints et restent en "stand by" pour allumage éventuel, seules les ordures servant alors de combustible. Lors de la descente en allure, pour réguler le dispositif d'incinération 4, l'automate programmable 8; constatant, par l'intermédiaire de sondes 24, que le débit de vapeur d'au moins une chaudière 3 est excessif par rapport à la nouvelle puissance requise, abaisse les consignes de température du foyer de la chaudière 3, ce qui entraîne l'arrêt de l'alimentation en ordures du dispositif d'incinération 4 correspondant, et ainsi une baisse de température et une diminution du débit de vapeur motrice de la chaudière 3, jusqu'à ce que le nouvel équilibre valeur de consigne/débit soit atteint. En outre, sitôt que l'automate programmable 8 ordonne, par l'intermédiaire de l'utilisateur, une diminution du débit de vapeur motrice de la chaudière 3, tous les brûleurs 5 encore en service s'éteignent immédiatement. Bien entendu, l'automate programmable 8 commande également toutes les opérations annexes à effectuer, de type classique, telles qu'augmentation du débit d'air des brûleurs 5, réglage des ventelles d'air pour la grille 30, etc... L'automate programmable 8 sera d'ailleurs doté de plusieurs positions de commande, telles que passage en automatique/manuel des principales fonctions qu'il gère, etc... En cas d'avarie de fonctionnement de la grille 30, on positionnera le contacteur de l'automate programmable 8 sur la position "grille hors service" et le navire sera alors propulsé uniquement grâce aux brûleurs 5 alimentés en fuel, diesel, gaz, etc... , et les variations de charge seront effectuées par le débit variable du carburant correspondant des brûleurs 5. L'invention décrite ci-dessus permet, par conséquent, de résoudre complètement le problème posé, en présentant une économie en carburant très importante, pouvant aller jusqu'à 180 tonnes de fuel lourd par 24 heures, pour un navire développant 32000 cv sur sa ligne d'arbre, puisqu'en fonctionnement normal, à allure constante, sans variation de charge et quelle que soit la puissance demandée, les brûleurs 5 sont éteints. En outre, le dispositif conforme à l'invention présente l'avantage de détruire des déchets et des résidus dont personne ne veut plus ; par conséquent, non seulement il n'est plus nécessaire d'acheter du carburant, mais de plus, les ordures et les détritus utilisés sont récupérés dans des décharges moyennant rémunération, la récupération de ces ordures et détritus étant considérée comme un service rendu. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de propulsion d'un navire, caractérisé en ce qu'il est principalement sous la forme d'au moins une unité (1) comportant une chaudière d'incinération (3) polycombustible susceptible de fournir de la vapeur surchauffée, à partir de l'incinération de déchets et/ou de la combustion d'un carburant tel que fuel, diesel, gaz, etc..., chaque chaudière (3) étant pourvue de brûleurs (5) à débit variable disposés à l'intérieur d'une veine d'air (6) d'alimentation traversant un réchauffeur d'air (7), le choix du ou des combustibles et la régulation de la charge s'effectuant sous le contrôle d'un automate programmable (8). 2. Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé entre que chaque chaudière (3) est préférentiellement du type aquatubulaire à cloison, pourvue de deux ballons, un supérieur (9) et un inférieur (10), de deux surchauffeurs (11 et 12) et d'un économiseur (13), la température de surchauffe étant régulée par une vanne trois voies (14) s'ouvrant plus ou moins en fonction de la température de sortie du premier surchauffeur (11), et dirigeant le débit de vapeur, soit dans un désurchauffeur (15) noyé dans le ballon supérieur (9) de la chaudière (3), lorsque la température de surchauffe est trop haute et que la vanne trois voies (14) s'ouvre, soit dans les deux surchauffeurs (11 et 12) lorsque la température de surchauffe est trop basse et que la vanne trois voies (14) se ferme. 3. Dispositif, selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'à la sortie des deux surchauffeurs (11 et 12), le débit de vapeur est dirigé vers un appareil de manoeuvre (16), puis dans les turbines (17), la vapeur étant condensée sous vide à la sortie des turbines (17) dans un condenseur (18) et l'eau étant aspirée par des pompes (19) et refoulée à travers différents échangeurs (20) avant d'atteindre la chaudière (3) en passant par l'économiseur (13). 4. Dispositif, selon l'une quelconque des rerevendications 1 à 3, caractérisé en ce que les brûleurs (5) sont avantageusement à débit variable et assistance vapeur du type Pillard, de telle façon que la chaudière (3) correspondante puisse fonctionner aux ordures, ou à un carburant tel que fuel, diesel, gaz, etc... ou simultanément aux deux sources d'énergie. 5. Dispositif, selon la revendication 4, caractérisé en ce que les brûleurs (5) sont préférentiellement positionnés parallèlement aux ballons supérieur (9) et inférieur (10) de la chaudière (3), suffisamment au-dessus du foyer du dispositif d'incinération (4) pour ne pas risquer d'être endommagés par les flammes de combustion des déchets, le débit variable desdits brûleurs (5) assurant un fonctionnement optimum à la charge nominable de la chaudière (3) dans tous les cas de figures, et notamment en cas d'avarie du dispositif d'incinération (4). 6. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la fixation d'un brûleur (5) sur une chaudière (3) s'effectue par l'intermédiaire d'un module (21) venant se loger à l'intérieur de la veine d'air (6) d'alimentation. 7. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le nombre d'unités (1, 2) de déchets comportant chacune une chaudière d'incinération (3) polycombustible est avantageusement de deux, et le nombre de brûleurs (5) par chaudière avantageusement compris entre quatre et six. 8. Procédé de propulsion d'un navire à l'aide du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste principalement à réaliser successivement les opérations suivantes,sous le contrôle de l'automate programmable (8) : - démarrage du dispositif, indifféremment à l'aide de déchets, de fuel, diesel, gaz, etc...;; - montée en allure par ouverture de l'appareil de ma nueuvre (16) des turbines (17), laissant passer le dé bit de vapeur motrice provenant d'au moins une chau dibre (3) vers les turbines (17) de propulsion et com mande simultanée de l'alimentation en ordures du dis positif d'incinération (4), enclenchement éventuel de différents brûleurs (5) déterminés, de la chaudière (3) correspondante, puis arrêt de ceux-ci lorsque la quantité d'ordures sur le dispositif d'incinération (4) est suffisante pour autoriser au navire une vites se de fonctionnement stable et constante, quelle que soit la puissance demandée, tous les brûleurs (5) res tant en "stand by" pour allumage éventuel - descente en allure par diminution du débit de vapeur motrice provenant d'au moins une chaudière (3) vers les turbines (17) de propulsion, et mise en action de la régulation du dispositif d'incinération (4). 9. Procédé de propulsion, selon la revendication 8, caractérisé en ce que, lors de la montée en allure, la variation du débit de vapeur est mesurée à travers le diaphragme d'un débitmètre (23), puis envoyée à l'automate programmable (8), ce dernier mesurant la variation du nouveau débit demandé afin d'augmenter l'allure par rapport au débit de vapeur à l'allure donnée, de façon à en déduire le nombre de brûleurs (5) à enclencher, puis commandant l'allumage des différents brûleurs (5) déterminés jusqu'à ce que la valeur de consigne soit atteinte, tout en accélérant l'alimentation en déchets du dispositif d'incinération (4), les brûleurs (5) s'éteignant tous lorsque la quantité d'ordures incinérée permet d'obtenir un débit de vapeur suffisant afin que le navire conserve la vitesse requise. 10. Procédé de propulsion, selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que lors de la descente en allure, pour réguler le dispositif d'incinération (4), l'automate programmable (8), constatant, par l'intermédiaire de sondes (24), que le débit de vapeur d'au moins une chaudière (3) est excessif par rapport à la nouvelle puissance requise, abaisse les consignes de température du foyer de la chaudière (3), ce qui entraîne l'arrêt de l'alimentation en ordures du dispositif d'incinération (4) correspondant, et ainsi une baisse de température et une diminution du débit de vapeur motrice de la chaudière (3)., jusqu'à ce que le nouvel équilibre valeur de consigne/débit soit atteint. 11. Procédé de propulsion, selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que sitôt que l'automate programmable (8) ordonne, par l'intermédiaire de l'utilisateur, une diminution du débit de vapeur motrice de la chaudière (3), tous les brûleurs (5) encore en service s'éteignent immédiatement.