Brevet FR2661733A1 — publié le 19911108

L'invention se rapporte aux foyers à combustible solide se déplaçant en nappe et concerne plus précisément un procédé et dispositif de contrôle de l'image thermique de la combustion ainsi que la régulation automatique de la combustion qui en résulte. On connaît des foyers à combustible solide se déplaçant en nappe comme par exemple dans les chaudières à grilles à déroulement continu alimentées en charbon par une extrémité à l'aide d'une trémie de distribution, chaudières qui sont équipées d'une pluralité de buses de soufflage d'air primaire réparties sous la grille dans le but d'entretenir la combustion. Dans la plupart des cas, le contrôle de cette combustion s'effectue encore visuellement ou avec l'appoint de détecteurs de température et l'utilisateur a la possibilité de régler lui-même le débit d'air admis à l'une ou l'autre des buses de soufflage, ou encore d'agir sur l'épaisseur du lit de combustible admis sur la grille, ainsi que sur la vitesse de déroulement de la grille. Cette servitude pour le contrôle et le pilotage de ce type de chaudière, a conduit les fabricants à chercher à les automatiser. Mais l'automatisation des chaudières à grilles s'est avérée très difficile, essentiellement par le fait que le combustible n'est pas homogène comme le sont par exemple le gaz ou le fioul. Aussi un contrôle de la combustion qui ne serait pas continu et qui permettrait de réguler sur le débit d'air ou la vitesse de déplacement de la grille, ne saurait empêcher des dérives de feu longitudinales ou latérales liées à une mauvaise répartition d'air sous la grille. On observe aussi d'autres inconvénients tels que la formation de chalumeaux liés à une vitrification locale du combustible ou à un trou dans la répartition du combustible.Enfin le colmatage partiel ou total des trémies d'alimentation provoque des traînées dans le feu, qui correspondent aux blocs pouvant obstruer partiellement ces trémies. Les systèmes d'automatisation actuels qui ne prennent pas en compte ces éléments de manière continue peuvent donc conduire à des détériorations des barreaux de grilles et à des anomalies importantes de combustion. Pour éviter ces inconvénients et rendre possible l'automatisation de ces chaudières dans les meilleures conditions de sécurité et de précision, la Demanderesse a eu l'idée d'asservir directement les volets des buses de répartition d'air comburant à un contrôle permanent de l'image thermique de l'ensemble de la nappe de combustible en cours de combustion. Un premier objet de l'invention concerne donc un procédé de contrôle et de commande de la combustion d'un combustible solide qui se déplace en nappe dans un foyer, alimenté à son extrémité par une trémie d'alimentation, la combustion du combustible étant entretenue par une pluralité de buses de soufflage d'air réparties au dessous du foyer procédé selon lequel - on établit des images thermiques de la combustion du combustible à différentes allures de fonctionnement dépendant notamment de la vitesse de déroulement de la nappe et de la hauteur du combustible dans le foyer, et on les mémorise dans un ordinateur central, - on restitue dans des courbes les paramètres de combustion du combustible obtenus lors de l'établissement des ces images thermiques aux différentes allures, - on contôle de façon permanente et en différents points de la grille l'image thermique d'une combustion, par rapport à la courbe de combustion préétablie pour l'allure correspondante, et on modifie la répartition d'air vers les buses de chauffage en position du décalage observé entre la courbe théorique et l'image thermique de la combustion. Les courbes théoriques représentant l'image thermique de la combustion reflètent les températures théoriques relevées au droit de chaque buse de soufflage entre un point correspondant à l'entrée du combustible dans le foyer jusqu'à un autre point correspondant à la buse de soufflage la plus éloignée de ladite entrée. Un autre objet de la présente invention se rapporte à un dispositif de contrôle et de commande de la combustion d'un combustible solide qui se déplace en nappe dans un foyer selon ledit procédé, dispositif selon lequel l'organe de contrôle de l'image thermique du combustible en cours de combustion dans le foyer est constitué d'au moins un thermomètre placé à la partie supérieure du foyer et orienté en direction de la nappe. Avantageusement, le ou les thermomètres sont motorisés pour balayer toute la zone de combustion. Le dispositif s'applique avantageusement aux foyers de chaudières à grille fonctionnant au charbon, dont la grille se déroule en continu. Selon une caractéristique particulière de l'invention, des volets motorisés sont prévus sur chacune des buses de soufflage et commandés par l'ordinateur central pour asservir la répartition d'air vers chacune des buses au contrôle permanent de l'image thermique donnée par le thermomètre, de l'ensemble de la nappe de combustible en cours de combustion. Des caractéristiques particulières et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'une application préférentielle à un foyer de chaudière à grille fonctionnant au charbon ainsi qu'à son fonctionnement, description faisant référence aux dessins annexé qui représentent Figure 1 une vue schématique en élévation d'une chaudière à grille fonctionnant au charbon et figure 2 des courbes d'image thermique de combustions. On voit à la figure 1 une chaudière 1 dont la grille 2 se déplace de façon continue grâce à un moteur d'entraînement 11, lié à un variateur de vitesse 12, entre une trémie d'alimentation 3 disposée au dessus d'une extrémité de la grille et une goulotte 4 d'évacuation du charbon 5 à l'autre extrémité. Sous la grille sont disposées des buses de soufflage d'air 6, chacune munie d'un volet obturateur motorisé 7. Un conduit d'alimentation 8 relié à un ventilateur 9 par l'intermédiaire d'un régulateur de débit 10, distribue l'air vers les buses 6. Le foyer 13 de la chaudière 1 qui renferme le corps de chauffe non représenté, dispose d'un conduit 14 d'évacuation des produits de combustion vers une cheminée équipée d'un ventilateur d'extraction 15. Un organe de contrôle de l'image thermique du charbon 5 en cours de combustion sur la grille 2 est constitué préférentiellement d'un thermomètre infrarouge motorisé 16, placé à la partie supérieure du foyer 13 et orienté en direction de la grille, de façon à pouvoir balayer la zone de combustion. Le foyer est également pourvu d'un mécanisme 17 d'alimentation servoréglée pour l'admission d'air secondaire. D'autre part la trémie 3 est équipée d'un détecteur 18 de la hauteur de charbon et d'un détecteur 19 de la hauteur de charbon 5 libéré sur la grille par la trémie qui dispose d'un dispositif approprié permettant de régler cette hauteur. La première étape du procédé consiste à mesurer à l'aide du thermomètre 16 qui balaye le foyer, les images thermiques du feu à différentes allures de combustion pour différentes vitesses de déroulement du moteur 11 de la grille 2, et pour différentes hauteurs de la couche de charbon donnes par le détecteur 19. Ces images thermiques, à la fois transversales et longitudinales sont mémorisées dans un ordinateur central Lors de l'établissement de ces images thermiques on peut dresser des courbes de la température détectée au droit de chacune des buses 6 repérées de A à E, l'entrée du chabon étant marquée en abscisse par le point 0 comme on peut le voir à la figure 2. On a représenté en traits pleins seulement deux courbes (1) et (2) qui correspondent à deux allures de combustion et qui donnent les températures théoriques O relevées au droit des buses A à E. On relève que la température maximum du charbon se trouve au niveau de la buse D pour l'allure (1) et au niveau de la buse C pour l'allure (2), les courbes étant décroissantes à partir de ce point haut jusqu'à la buse A qui est le plus proche de la goulotte d'évacuation 4. L'ordinateur central peut donc comparer les mesures à l'image thermique obtenue aux essais manuels pour l'allure considérée, et un logiciel de correction mémorise les actions à entreprendre lors de tel ou tel type de dérive par rapport aux images thermiques standard. Un ensemble de capteurs et d'actionneurs permettent de corriger les réglages en fonction de l'allure ou des dérives. On dispose ainsi en mémoire de paramètres de combustion, qui vont permettre au cours du fonctionnement ultérieur normal de la chaudière d'asservir la répartition de l'air vers les buses 6 (à l'aide des volets obturateurs 7) au contrôle de la combustion en tous points du foyer, c'est-à-dire ajuster en permanence l'image thermique du feu à la courbe prédéterminée de l'image thermique mémorisée et contrôler qu'elle est conforme à celle établie lors des essais. Pour cela on règle la hauteur de couche de charbon 5 sur la grille 2 à l'aide du dispositif de réglage approprié; on régle aussi la vitesse de déroulement de la grille, et on assure le prépositionnement progressif des volets motorisés 7. En outre on effectue le réglage en régulation de l'air primaire à l'aide du régulateur 10, et de l'air secondaire à l'aide du mécanisme 17. On a représenté sur la figure 2, en traits interrompus, deux courbes (3) et (4) correspondant aux allures (1) et (2), résultant de mesures d'images thermiques effectuées au cours du fonctionnement de l'appareil. La courbe (3) décalée vers la gauche par rapport à la courbe (1) impose pour réajuster la combustion au plus près du modèle de la courbe théorique, une diminution de l'ouverture des volets d'admission d'air des buses A, B, C (et un ralentissement de la combustion en ces points) mais une augmentation de l'ouverture du volet de la buse D (correspondant à une augmentation de la combustionn en ce point). Le courbe (4) au contraire de la précédente est décalée vers la droite par rapport à la courbe (2), ce qui impose une augmentation de l'ouverture des volets des buses A, B, C et une diminution de l'ouverture du volet de la buse D. Si un écart trop important se maintient, après quelques minutes de stabilisation, entre la température théorique en un point et l'image thermique correspondante, une alarme se déclenche, de même si des zones anormales en contrôle transversal de température sont décelées. L'invention ne se limite pas à cet exemple particulier de réalisation d'une chaudière à grille à charbon mais englobe d'autres types de foyer et de combustibles solides utilisés comme par exemple les chaudières à lits fluidisés, ou à projection de combustible, ou d'une façon générale à tous types de foyers dans lesquels une masse en combustion déplaçable dans ledit foyer, est soumise à des buses de soufflage d'air à débit variable. REVEND ICATIONS 1.- Procédé de contrôle et de commande de la combustion d'un combustible solide qui se déplace en nappe dans un foyer alimenté à son extrémité par une trémie d'alimentation, la combustion du combustible étant entretenue par une pluralité de buses de soufflage d'air réparties au dessous du foyer, caractérisé en ce qu'il consiste - à établir des images thermiques de la combustion du combustible à différentes allures de fonctionnement dépendant notamment de la vitesse de déroulement de la nappe et de la hauteur du combustible dans le foyer, et à les mémoriser dans un ordinateur central, - à restituer dans des courbes les paramètres de combustion du combustible obtenus lors de l'établissement de ces images thermiques aux différentes allures, - à contrôler de façon permamente et en différents points de la nappe l'image thermique d'une combustion, par rapport à la courbe de combustion préétablie pour l'allure correspondante, - et à modifier la répartition d'air vers les buses de soufflage (6) en fonction du décalage observé entre la courbe théorique et l'image thermique de, la combustion. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que des températures théoriques e sont relevées au droit de chaque buse de soufflage A, B, C, D, E, pour différentes vitesses de déroulement de la nappe et différentes hauteurs de la couche de combustible, les températures étant maximales au niveau des buses B à D, les températures étant décroissantes vers le niveau de l'entrée O du combustible dans le foyer, et jusqu'à la buse de soufflage A la plus éloignée de l'entrée O, et en ce que les images thermiques desdites températures sont mémorisées dans un ordinateur central. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ordinateur central compare les mesures à l'image thermique obtenue aux essais manuels pour l'allure considérée, et en ce qu'un logiciel de correction mémorise les actions à entreprendre lors de tel ou tel type de dérive par rapport aux images thermiques standard. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une alarme se déclenche si un écart trop important se maintient après un temps déterminé de stabilisation, entre la température théorique en un point et l'image thermique correspondante. 5.- Dispositif de contrôle et de commande de la combustion d'un combustible solide qui se déplace en nappe dans un foyer selon le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de contrôle de l'image thermique du combustible en cours de combustion dans le foyer est constitué d'au moins un thermomètre (16) placé à la partie supérieure du foyer (13) et orienté en direction de la nappe. 6.- Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le foyer fait partie d'une chaudière à grille fonctionnant au charbon dont la grille (2) se déroule en continu. 7.- Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le thermomètre 16 est un thermomètre à infrarouge 8.- Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'au moins un thermomètre (16) est motorisé pour balayer toute la zone de combustion. 9.- Dispositif selon les revendications 5 et 6 caractérisé en ce qu'on prévoit un détecteur (19) de la hauteur du combustible (5) libéré par la trémie (3) sur la grille (2) 10.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que des volets motorisés (7) sont prévus sur chacune des buses de soufflages (6) et commandés par l'ordinateur central pour asservir la répartition d'air admis vers chacune des buses A à E au contrôle permanent de l'image thermique donnée par le thermomètre (16), de l'ensemble de la nappe de combustible en cours de combustion.