Brevet FR2670873A1 — publié le 19920626

"Chaudière à condensation à injection d'eau contrôlée" La présente invention concerne une chaudière à condensation comprenant - un foyer équipé d'un brûleur, - un échangeur de chaleur traversé par le fluide calo porteur, comportant au moins une partie travaillant en condensation, - un système de réchauffage et d'humidification de l'air comburant à partir de l'énergie récupérée sur les fumées de la chaudière à condensation, - un détecteur de flamme ou moyen de contrôle du signal indicatif de la qualité de la flamme. Une telle chaudière est connue notamment selon les brevets FR-81 12 770 et FR-79 00 901. On entend dans ce texte par l'expression "Chaudière à condensation" soit une chaudière dont la totalité des surfaces d'échange peut travailler en condensation, soit une chaudière composée d'une partie travaillant à haute température sans condensation sur laquelle est adapté un récupérateur à condensation ou tout autre mode de réalisation de chaudière similaire. La technique des chaudières à condensation permet d'augmenter non seulement le rendement de la combustion mais également de réduire de façon significative l'émission des oxydes d'azote. Ce dernier avan tage est dû à l'abaissement de la température de flammes par la masse de vapeur injectée. Toutefois, des essais ont montré que le taux de réduction des oxydes d'azote n'était pas constant mais dépendait des conditions de fonctionnement de ce type de chaudière (température d'irrigation) car les performances varient et les températures auxquelles l'air comburant se sature sont également variables. Ainsi, à haute température d'irrigation, une quantité importante d'énergie est récupérée dans les fumées pour être transférée vers le brûleur. L'air comburant est alors très chaud et très chargé en humidité (vapeur).Cette masse de vapeur limite l'élévation en température des gaz de combustion au niveau de la flamme ce qui se traduit par une réduction du taux d'oxydes d'azote. Toutefois, une trop forte teneur en vapeur d'eau peut entraîner l'extinction de la flamme et pour cette raison, selon la technique antérieure, on limite le niveau d'humidification à l'aide d'un signal indicatif de la qualité de la flamme. Ce signal est fourni soit par une sonde d'ionisation, soit par une cellule d'ultraviolet. Dans l'autre cas extrême, à basse température d'irrigation, peu d'énergie est récupérée dans les fumées et l'air comburant se trouve peu humidifié. La température de la flamme est alors élevée ce qui se traduit par une importante production d'oxydes d'azote. La présente invention a pour but de développer les chaudières à condensation en évitant les inconvénients graves d'une forte émission d'oxydes d'azote quelles que soient les conditions de fonctionnement de la chaudière. A cet effet, l'invention concerne une chaudière du type ci-dessus caractérisée par - un moyen d'injection d'eau situé au niveau du brû leur pour refroidir la flamme, - un circuit de commande relié au détecteur de flamme et commandant le moyen d'injection d'eau. Le moyen d'injection d'eau complétant l'hu- midification de l'air comburant par le laveur d'air comburant permet de réduire la température de la flamme même lorsque l'air comburant est faiblement humidifié (air comburant à basse température). Par contre, lorsque l'air comburant est suffisamment chaud pour entraîner assez de vapeur pour diminuer la température de la flamme, le moyen d'injection d'eau ne se met pas en oeuvre. La commande de la mise en oeuvre du moyen d'injection d'eau est assurée à partir du contrôle de la flamme, l'addition d'eau étant arrêtée ou limitée lorsque la qualité de la flamme commence à se détériorer. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen d'injection est une rampe de pulvérisation placée près de la tête de combustion ou brûleur. Cela permet d'injecter de manière particulièrement efficace et directe de l'eau se transformant immédiatement en vapeur pour agir directement sur la température de la flamme. Suivant une autre caractéristique de llin- vention, le moyen d'injection d'eau comporte une électrovanne. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le moyen d'injection d'eau est alimenté à partir du circuit de l'eau de lavage. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la vanne est une vanne par tout ou rien ou une vanne modulable. Suivant une autre caractéristique de lXin- vention, la chaudière comporte un moyen de recyclage des gaz de combustion issus de la cheminée, vers le brûleur. La présente invention sera décrite de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans l'unique figure annexée. Selon la figure, l'invention concerne une chaudière à condensation comprenant un foyer 1 équipé d'un brûleur 2. Ce foyer 1 est relié et/ou entouré d'un échangeur de chaleur 3 traversé par le fluide caloporteur. Le brûleur 2 représenté est un brûleur muni d'une alimentation 4 en combustible gazeux commandée par une électrovanne 5. L'air comburant est fourni par un ventilateur 6 dont l'entrée 7 provient d'un laveur d'air comburant 8. La sortie 9 de l'échangeur (fumées) passe dans un laveur de fumées 10 dont la sortie 11 est reliée au conduit de cheminée. Un moyen de recyclage partiel des fumées peut être prévu, pour récupérer des fumées et les réinjecter dans le foyer de manière à participer au refroidissement de la flamme et ainsi à la réduction de la teneur en oxydes d'azote. Les laveurs 8, 10 sont reliés par un circuit 11, 12 de liquide de lavage. Cette circulation se fait à contre-courant. Selon l'invention, le brûleur 2 est équipé d'un moyen d'injection d'eau 13 en forme de buse ou de rampe placée à la base de la flamme. Cette buse ou rampe 13 est alimentée en eau par une électrovanne 14 commandée par un circuit de commande 15 relié à un détecteur de flamme 16. Ce dernier, placé au voisinage de la flamme, fournit un signal d'état de la flamme commandant soit l'injection ou non d'eau par le moyen d'injection 13 à l'aide de l'électrovanne 14, soit la modulation de la quantité d'eau injectée dans le foyer par les mêmes moyens. Le détecteur de flamme 16 peut être un détecteur à ionisation ou un détecteur à rayons ultra-violets. Suivant les cas, l'électrovanne 14 est une électrovanne modulable ou une électrovanne à fonctionnement par tout ou rien. Le moyen d'injection d'eau ou rampe de pulvérisation (13), (buse de pulvérisation) a pour but de refroidir la flamme par évaporation de l'eau au niveau de la flamme c'est-à-dire par effet de chaleur latente. Dans le cas d'une flamme faible, le détecteur 16 fournit un signal correspondant au circuit 15 qui commande la fermeture de l'électrovanne 14 : la température de la flamme est suffisamment faible pour qu'il n'y ait pratiquement pas d'émission d'oxydes d'azote. Par contre, si la flamme est forte, le courant d'ionisation ou les ultra-violet détectés par le capteur 16 donnent un signal correspondant au circuit 15 qui commande l'ouverture de l'électrovanne 14 et l'injection d'eau dans la flamme. Cette eau injectée abaisse la température de la flamme ce qui réduit l'émission d'oxydes d'azote. I1 est à remarquer que la quantité d'eau ainsi ajoutée est moindre que celle que devrait véhiculer l'air comburant à partir du laveur pour obtenir le même refroidissement de la flamme car cette eau injectée dans la flamme agit à la fois par effet de chaleur sensible et de chaleur latente. L'énergie prise à la flamme par la vaporisation de l'eau ainsi injectée est récupérée presqu'entièrement par la condensation dans la chaudière et le laveur de fumées. Suivant une caractéristique de l'invention, l'eau utilisée pour refroidir la flamme peut être de l'eau prélevée dans le circuit d'eau de lavage car cette eau en circulation est nécessairement en excédent du fait de l'eau créée par le combustion. Il est possible de commander plusieurs électrovannes reliées à plusieurs buses de pulvérisation afin de permettre une modulation par étages de la quantité d'eau injectée. REVENDICATIONS 1") Chaudière à condensation comprenant - un foyer (1) équipé d'un brûleur (2), - un échangeur de chaleur (3) traversé par le fluide caloporteur, comportant au moins une partie travail lant en condensation, - un détecteur de flamme (16), ou moyen de contrôle du signal indicatif de la qualité de la flamme, chaudière caractérisée par - un moyen d'injection d'eau (13) situé au niveau du brûleur (2) pour refroidir la flamme, - un circuit de commande (15) relié au détecteur de flamme (16) et commandant le moyen d'injection d'eau (13). 2") Chaudière à condensation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen d'injection d'eau (13) est une rampe de pulvérisation ou une ou plusieurs buses de pulvérisation situées au niveau de la flamme. 3") Chaudière à condensation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le moyen d'injection d'eau (13) comporte une ou plusieurs électrovannes. 4") Chaudière à condensation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le moyen d'injection d'eau est alimenté à partir du circuit de l'eau de lavage (11, 12). 5") Chaudière à condensation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la vanne (14) est une vanne par tout ou rien ou une vanne modulable. 6 ) Chaudière à condensation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un moyen de recyclage des gaz de combustion issus de la cheminée, vers le brûleur (2).