Brevet FR2691526A1 — publié le 19931126

FOYER A ALIMENTATION CONTINUE PAR TREMIE A PAROIS MOBILES DESCRIPTION A) TECHNIQUES DE BASE A LAQUELLE SE RAPPORTE L'INVENTION: La présente invention concerne un foyer pour la combustion de matières combustibles solides, dont l'alimentation s'effectue de façon continue, en réalisant le séchage préalable des matières à brûler. Le foyer défini ci-après peut s'intégrer à une chaudière, ou équiper un four d'incinération de matières combustibles et déchets divers. Les matières à brûler peuvent être éventuellement constituées par un mélange d'éléments combustibles, ou semi-combustibles difficiles à brûler sachant que ces éléments pourraient comporter simultanément un pouvoir calorifique faible, et un taux d'humidité élevé. Dans cette catégorie se situent les matières suivantes: bois, textile, papier, paille, ordures ménagères, déchets de supermarchés, biomasse agricole, déchets divers, etc... L'alimentation d'un foyer de façon continue nécessite généralement la réduction et le broyage des éléments combustibles, ceci afin de permettre d'utiliser les techniques classiques de transport de produits pulvérulents. En particulier, sont très utilisés les systèmes à vis d'Archimède, ou encore les systèmes de transport pneumatique. En cas de non réduction préalable par broyage ou concassage des éléments à brûler, les systèmes couramment utilisés sont des "alimentateurs" constitués par un tapis mobile composé d'éléments de chaînes et de tuiles à la manière d'une chenille de char, ou encore des transporteurs à bande plus classiques. Ces dispositifs traditionnellement utilisés ne permettent pas d'assurer facilement la séparation entre l'ambiance extérieure et intérieure du foyer, de sorte qu'ils doivent être nécessairement couplés avec des dispositifs réalisants l'introduction des matières de manière intermittente dans le foyer, du type sas multicellulaire (par exemple: distributeur tournant à barillet). Une autre difficulté importante apparait quand il s'agit d'effectuer par intermittence le remplissage d'un foyer en fonctionnement. L'introduction brutale des matières a brûler dans la masse en combustion provoque un refroidissement du foyer, des étincelles et des envols de cendres difficilement maîtrisables. t Par ailleurs, dans le cas de l'alimentation d'un mélange de matières broyées non homogène du type ordures ménagères par exemple, les systèmes de transport mécaniques utilisés doivent être extrêmement robustes, compte tenu de l'abrasion de certaines matières, et de la présence d'une chaleur importante liée à la proximité du foyer. Peuvent être cités également les foyers du type "volcan", utilisés dans l'alimentation de certaines chaudières à déchets de bois. Dans ce cas les déchets sont préalablement broyés et transportés au coeur du foyer, sous la masse en combustion, généralement à l'aide d'une vis d'Archimède. Seul ce type de foyer permet d'assurer le séchage des matières avant brûlage. Toutefois ce type de foyer ne peut s'appliquer qu'a des matières de composition et de granulométrie relativement homogène. II ne bénéficie pas d'un effet gravitaire pour l'introduction des matières, ce qui engendre généralement de nombreux blocages de fonctionnement. Par ailleurs il n'utilise pas au mieux la source de chaleur du foyer qui se situe d'avantage au dessus plutôt qu'en dessous de la masse en combustion. Le dispositif selon l'invention consiste en un foyer à alimentation latérale continue par trémie à parois mobiles. Le but de ce dispositif est de regrouper les avantages du foyer type "volcan", tout en évitant certains inconvénients. Le dispositif permet ainsi d'assurer les fonctions multiples suivantes: - assurer l'alimentation du foyer de manière permanente sans nécessiter le broyage préalable des matières combustibles. - assurer l'isolement de l'ambiance intérieur du foyer sous forme d'un bouchon tampon constitué par les matières à brûler, sans adjonction d'un autre dispositif. - assurer le séchage progressif des matières à brûler avant introduction en utilisant au mieux la source de chaleur créée par le foyer lui-même. - éviter les inconvénients liés à une introduction brutale des matières à brûler, susceptible de provoquer le refroidissement du foyer en fonctionnement. B) COMPOSITION DU DISPOSITIF SELON L'INVENTION: La figure 1 représente de façon schématique une vue en élévation du foyer constitué par un volume matérialisé par une enveloppe en matériau isolant thermique et réfractaire composée de plusieurs parois (1)(2)(3)(4)(5)(6). Cette enveloppe est ouverte sur la tremie de chargement latérale, ainsi que sur le conduit d'évacuation des gaz de combustion en partie haute. Le foyer ainsi défini comporte une grille de combustion(7) située en partie basse, fixe ou mobile à décendrage manuel ou automatique, ainsi qu'un système d'introduction d'air primaire au niveau de la grille de combustion, et éventuellement d'air secondaire dans le foyer lui-même. Tous les éléments composant le dispositif sont situés entre deux parois planes verticales et parallèles(5)(6), qui peuvent composer à la fois les murs d'enceinte du foyer, et les parois latérales fixes de la trémie. La forme de l'enceinte composant le foyer n'est pas fixée, si ce n'est qu'elle doit s'adapter au mode de chargement constitué par une trémie latérale, c'est à dire se situant d'un cote du four, ou en variante, par plusieurs trémies situées au pourtour de l'enveloppe constituant le foyer. Si l'on désire effectuer une récupération de la chaleur du foyer, la paroi(1) pourra être exécutée en double paroi et se composer d'une paroi interne conductrice de chaleur en matériau métallique ou carbure de silicium à haute conductivité thermique, et une paroi externe réalisée en matériaux fibreux isolants par exemple. Entre ces deux parois, la récupération de chaleur pourra s'effectuer soit par simple circulation d'air, soit par un réseau de tube composant un circuit primaire, avec circulation d'un fluide caloporteur qui sera de préférence de l'huile thermique compte tenu du niveau de température du foyer. Les parois verticales latérales(5) et (6) seront de préférence réalisées en matériaux réfractaires, de façon à conserver une inertie thermique minimum pour l'ensemble du foyer. La trémie d'introduction des matières combustibles est constituée (figure 1), par deux parois fixes constituées dans le cas présent par les murs verticaux latéraux(5) et (6) et par deux parois(8) et (9) mobiles, situées dans deux plans inclinés constituant, un profil en forme de V ou de Y, qui pourront etre matérialisées de différentes façons décrites ciaprès. C) FONCTIONS CARACTERISTIQUES DU DISPOSITIF: Les parois mobiles inclinées(8) et (9) de la trémie pourront être réalisées par une tôle simple préformée rigide, renforcée ou non, ou encore par plusieurs tôles assemblées et fixées sur un même chassis. Ces parois pourront être supportées par deux glissières inclinées fixées sur les parois verticales fixes(5) et 6). Ces glissières pourront être lisses au profil en forme de U ou comporter des galets de roulement pour faciliter le déplacement des parois mobiles. En variante, et selon la configuration choisie, les axes des galets de roulement pourront être fixés soit directement sur les parois verticales fixes (5) et (6) de la trémie, soit aux deux extrémités des parois mobiles (8) et (9). Ainsi qu'il apparait sur la figure 1 le profil des parois mobiles(8) et (9) est réalisé en forme de crémaillère. Le profil ainsi défini, grâce à son orientation permettra pour chacune des parois mobiles lors de leur déplacement, dans un sens de faire avancer les matières combustibles supportées par la paroi, et dans l'autre sens d'échapper à cette fonction. La figure 2 définit les mouvements relatifs des différents éléments composant le dispositif. Le déplacement simultané des parois mobiles (8) et (9) suivant les directions X et Y, va permettre de réaliser l'introduction des déchets à l'intérieur du foyer, sachant qu'à l'intérieur de la trémie les matières à brûler suivront un mouvement particulier défini par la direction Z. L'intérêt d'un tel mouvement est d'introduire en priorité dans le foyer les matières en contact avec la paroi inclinée(9), qui est elle-même en contact direct avec la chaleur du foyer. L'angle A de la paroi(8) par rapport à l'horizontale sera un angle dit fermé et pourra varier de zéro à quarante cinq degrés maximum, alors que l'angle B entre les parois (8) et (9) devra etre un angle dit ouvert, c'est à dire supérieur à quatre vingt dix degrés. Ces deux conditions sont nécessaires pour conserver les fonctions essentielles du dispositif, qui consistent d'une part à bénéficier d'un certain effet gravitaire pour l'introduction des matières, et d'autre part à créer un mouvement spécifique des matières suivant la direction Z, afin d'en assurer le séchage avant l'introduction. Dans le cas ou l'angle B serait fermé, il ne serait d'une part pas possible d'introduire dans le foyer que des matières préalablement séchées, et d'autre part les risques de blocage du dispositif seraient considérablement augmentés, notamment en cas de présence de corps étrangers. Selon les figures 3 et 4, les parois mobiles (8) et (9) pourront être constituées en alternative, et selon le profil défini, par des éléments indépendants sous forme de chariots(1 0) équipés de galets de roulement(1 1). Les chariots ainsi constitués seront assemblés entre eux de chaque côté au niveau des galets de roulement, de manière à réaliser un tapis mobile constitué par les chariots assemblés qui pourront se déplacer en roulant sur deux rails support(12). Le tapis mobile peut être entraîné dans un mouvement alternatif de va et vient, par un ou plusieurs vérins(13), à double ou simple effet, avec rappel par ressort ou contrepoids. Les chariots(1 0) pourront être réalisés avec des tôles formant un plan incliné, de façon à ce que l'assemblage de plusieurs chariots permette d'obtenir un tapis mobile au profil iongitudinal similaire à celui d'une crémaillère. Diverses dispositions peuvent être prises quant à la conception des chariots(10), de manière à faciliter une certaine diffusion d'air chaud à travers la couche de matière en contact avec la paroi (9) afin d'en assurer le séchage. Différentes grilles, tôles perforées ou plaques en métal déployé peuvent être utilisées pour leur fabrication. La commande des mouvements des parois mobiles de la trémie pourra être réalisée manuellement avec par exemple un dispositif de rappel par contre-poids, ou automatiquement par une mise en action des vérins(1 3) qui pourront être à commande hydraulique, électrique, ou pneumatique, sachant que cette commande pourra être automatisée, soit sous forme de séquences programmées, soit asservie à la valeur de certains paramètres de fonctionnement du foyer (exemple: la température). Dans le cas d'utilisation d'une grille de combustion et de décendrage mobile, les mouvements des parois de la trémie pourront être couplés avec les mouvements de la grille de décendrage. En variante, suivant la nature la masse et la granulométrie des matières à brûler; et suivant la valeur de l'angle d'inclinaison A les parois inclinées (8) et (9) pourront être réalisées en éléments plans sous forme de tuiles(1 4) à face plate ou inclinée (figure 5) reliées entre eux et entraînés par des chaînes situées aux extrémités. En variante également, les tuiles ainsi définies, pourront être remplacées en partie ou en totalité, par des barreaux rotatifs(15) ayant un profil en forme de roue à cliquet, lesdits barreaux étant reliés entre eux par des maillons de chaîne et entraînés par roulement sur des rails(12) de manière à constituer un tapis mobile(figure 6). Le dispositif complet ainsi réalisé permet avec une fabrication relativement simple, de réaliser une introduction continue ou séquentielle des matières à brûler dans le foyer, tout en assurant leur séchage préalable afin d'en faciliter la combustion. Le dispositif selon l'invention permet de résoudre le problème couramment rencontré concernant les difficultés d'introduction des matières à brûler dans un foyer en fonctionnement. REVENDICATIONS 1) Foyer constituant une chambre de combustion, caractérisé en ce que l'alimentation en matières combustibles s'effectue latéralement par l'intermédiaire d'une ou plusieurs trémies comportant chacune au moins deux parois(8) et (9) situées dans deux plans inclinés constituant un profil en forme de V ou de Y, chaque paroi étant mobile et animée d'un mouvement alternatif de translation linéaire dans le plan défini par la paroi elle-même, sachant que les déplacements relatifs des deux parois sont coordonnés de telle sorte que lorsqu'une paroi s'éloigne de l'intersection des deux plans considérés, L'autre s'en rapproche et vis versa. 2) Foyer selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une trémie d'alimentation des matières à brûler, dont les parois mobiles(8) et (9) sont réalisées avec un profil en forme de crémaillère, lequel profil est orienté de telle façon que les matières à brûler introduites dans la trémie soient entraînées vers l'intersection des deux plans relatifs aux deux parois mobiles quand lesdites parois sont animées d'un mouvement alternatif de translation linéaire dans les deux plans considérés (figure 1). 3) Foyer selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une trémie d'alimentation des matières à brûler, composée elle-même de deux parois mobiles(8) et (9) rigides réalisées en une seule pièce, ou en assemblage de plusieurs éléments, ces parois étant supportées et guidées dans leur déplacement par des glissières en U fixées sur les parois verticales(5) et (6) de la trémie. 4) Foyer selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une trémie d'alimentation des matières à brûler, dont les parois mobiles (8) et (9) réalisées rigides, sont supportées et guidées dans leur déplacement par des galets de roulements dont les axes sont fixés sur les parois verticales fixes(5) et (6) de la trémie. 5) Foyer selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte au moins une trémie d'alimentation des matières à brûler, dont les parois mobiles(8) et (9) sont supportées et guidées dans leur déplacement au moyen de glissières en U ou de rails fixés sur les parois verticales fixes(5) et (6) de la trémie, lesdits rails ou glissières étant destinées à recevoir des galets de roulement dont les axes sont fixés aux deux extrémités des parois mobiles. 6) Foyer selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu il comporte au moins une trémie d'alimentation des matières à brûler dont les parois mobiles(8) et (9) réalisées rigides sont supportées et guidées en reposant aux extrémités sur plusieurs galets de roulement dont les axes sont fixés directement sur les mures verticaux (5) et (6). 7) Foyer selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une trémie d'alimentation des matières à brûler dont les parois mobiles(8) et (9) sont constituées par des éléments multiples sous forme de chariots(10) raccordés entre eux aux deux extrémités, supportés par des galets de roulement(11 1) reposant sur deux rails(12) de manière à constituer un tapis mobile (figure 3 et 4). 8) Foyer selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte au moins une trémie d'alimentation des matières à brûler dont les parois mobiles(8) et (9) sont constituées par des éléments multiples sous forme de tuiles(13) au profil plat ou incliné reliées entre elles aux deux extrémités par des maillons de chaîne de manière à constituer un tapis mobile (figure 5). 9) Foyer selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte au moins une trémie d'alimentation des matières à brûler dont les parois mobiles(8) et (9) sont constituées par des éléments multiples sous forme de barreaux rotatifs(15) dont la section est réalisée avec un profil en forme de roue à cliquet, les barreaux étant reliés entre eux par des maillons de chaîne et entraînés par roulement sur des rails(12) de manière à constituer un tapis mobile (figure 6). 10) Foyer selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte au moins une trémie pour l'alimentation en matières à brûler, dont les parois mobiles inclinées(8) et (9) sont constituées d'éléments de grille, tôles perforées ou plaques en métal déployé assurant le transfert d'une partie de la chaleur du foyer et permettant le séchage des matières à brûler. 11) Foyer selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte au moins une trémie pour l'alimentation en matières à brûler, comportant deux parois mobiles inclinées(8) et (9) sachant que la paroi (8) aura un angle d'inclinaison A par rapport à l'horizontale fermé entre zéro et quarante cinq degrés, et que l'angle B entre les parois(8) et (9) constituera un angle ouvert supérieur à quarante cinq degrés (figure 2). 12) Foyer selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte au moins une trémie pour l'alimentation en matières à brûler, comportant deux parois mobiles inclinées(8) et (9) dont les mouvements de translation linéaire seront assurés par des vérins(13) à commande hydraulique électrique ou pneumatique, ces mouvements permettant d'obtenir un cycle de va et vient continu ou intermittent par l'intermédiaire d'un automatisme quelconque, lesdits mouvements pouvant ou non être couplés et asservis à un mouvement quelconque d'une grille de combustion(7) réalisée mobile.