Brevet FR2907197A1 — publié le 20080418

"SYSTÈME DE COMBUSTION POUR CHAUDIÈRES VERTICALES" 5 La présente invention concerne un système de combustion pour chaudières verticales qui va permettre que la combustion du combustible se fasse en spirale, ledit combustible étant alimenté au moyen d'une vis sans fin, ou 10 bien, s'il s'agit de combustible non calibré, au moyen d'un impulseur, le renvoi des cendres se faisant par le centre, de façon automatique. L'invention est essentiellement caractérisée en ce qu'on utilise un fond mobile rotatif, légèrement conique. 15 Le déposant ne connaît aucun système qui, appliqué à des chaudières verticales, puisse incinérer du combustible sec et/ou humide en respectant le contrôle des émissions requis par les normes internationales et ayant 20 une grande efficacité de combustion. La problématique concernant la combustion de combustibles secs et humides est particulièrement importante en ce qui concerne l'incinération de combustible 25 solide provenant de la biomasse. Comme on le sait, la biomasse, principalement la biomasse forestière, se présente avec divers degrés d'humidité, ce qui fait que son incinération est énormément difficile. En outre, une mauvaise incinération résulte en ce que les résidus de 2907197 2 l'incinération, notamment les résidus volatils, ne sont pas conformes aux normes établies. Depuis 20 ans, les chaudières verticales sont un vrai succès. Cependant, leur fonctionnement n'est correct qu'avec du combustible sec, par exemple, des copeaux de bois. D'autres problèmes se posent également quand, avec ce genre de chaudières, on incinère d'autres combustibles associés à la limitation d'accès de l'air primaire au creuset, c'est-à-dire, où il n'y a que de l'air primaire à la périphérie du creuset, ce qui fait que le débit passant par les conduites d'air primaire est très élevé. Ainsi, si on incinère du matériau en poudre, il y aura une énorme quantité de matériau qui sera entraîné par l'air, donc du matériau qui ne sera pas incinéré. Dans le cas de la combustion de combustible humide il se pose encore un autre problème. Le temps de séchage du combustible humide, lors de son très court passage dans les conduites d'air primaire, n'est pas suffisant et, de plus, il est poussé vers l'extérieur par le nouveau combustible arrivant à l'entrée, ce qui cause une accumulation de combustible dans le foyer. Cette accumulation peu atteindre un mètre de haut. Les attentes pour résoudre ce problème ne font que limiter la hauteur du combustible accumulé au moyen de 2907197 3 l'utilisation de cellules qui sont placées dans le foyer. Cependant, une telle solution n'est pas satisfaisante parce que, quand le combustible s'enflamme, la quantité d'air n'est plus suffisante pour la quantité de combustible, d'où 5 une mauvaise combustion, un mauvais dégagement de CO2 et CO et une libération de fumée noire. Dans les chaudières horizontales, ces problèmes sont éliminés ou minimisés. Cependant, la construction de 10 ces chaudières a un coût substantiellement plus élevé. En outre, le brevet finlandais F1955946 décrit un équipement, ou équipement supplémentaire, pour des chaudières de combustible solide. L'équipement est 15 essentiellement placé à l'intérieur de la chaudière où, ajusté à l'espace du combustible, il peut être connecté, par exemple, à des chaudières de combustion au fond, de type conventionnel. Au moyen de cet équipement, le principe de fonctionnement de la chaudière est modifié pour 20 fonctionner selon un procédé singulier de combustion fluidifiée, désigné par procédé de combustion fluidifiée en "carrousel", le procédé et les solutions de fonctionnement qui lui sont associées permettant qu'il soit possible d'utiliser du combustible humide ou du combustible de 25 qualité imparfaite. L'équipement comprend une tête de brûleur, soit une tête de brûleur en "carrousel", les pièces et les dispositifs destinés à être connectés à la tête de brûleur en "carrousel" étant les suivants: un ventilateur, une soupape de distribution d'air, une vis 2907197 -4 sans fin pour le renvoi des cendres, un moteur pour entraîner la vis sans fin pour le renvoi des cendres, un dispositif de grille actionnée mécaniquement, un engrenage réducteur dans le pot des cendres, une portion de 5 prolongement qui peut être connectée à la tête du brûleur, un tube de combustible qui peut être connecté à la portion de prolongement, et une portion structurelle propre à former une chambre de combustion. Ce type de chaudière avec l'équipement proposé par le brevet précité ne résout pas, 10 néanmoins, tous les problèmes auxquels on se réfère ci-dessus. Actuellement, on cherche à concevoir une chaudière, dont la construction soit économique et capable 15 de répondre à une combustion qui respecte les normes européennes. Les chaudières verticales sont sans doute les chaudières dont la construction est la plus économique. 20 Elles sont capables de respecter les normes à condition d'incinérer du combustible sec. Mais comment faire pour incinérer du combustible humide? Le combustible humide qui pénètre dans le foyer n'a pas le temps de sécher, parce qu'il est étouffé par le nouveau combustible pénétrant dans 25 le foyer, ce qui cause une accumulation de combustible dans le foyer et une très mauvaise combustion. Dans le cas d'un combustible humide, et s'il s'agit d'une chaudière horizontale, les constructeurs 2907197 5 utilisent une grille mobile, ce qui ne peut pas être installé dans une chaudière verticale. L'objet fondamental de la présente invention est 5 la conception d'une chaudière verticale laquelle, tout en respectant les normes établies, arrive à incinérer et du combustible sec et du combustible humide. Essentiellement, le système de combustion objet 10 de l'invention utilise une combustion en spirale. Pour cela, le système comprend un fond rotatif légèrement conique. Il s'agit d'un fond équipé d'une grille en fonte ou bien en béton, avec des tuyaux. 15 Le système de combustion pour chaudières verticales selon l'invention se caractérise en ce qu'il comprend un fond mobile rotatif, conique, permettant à la combustion du combustible de s'effectuer en spirale le long de divers niveaux parfaitement définis, chacun d'eux allant définir 20 des zones d'action où le combustible est soumis à différentes phases de la combustion. Avantageusement, il comprend de plus, l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, considérées 25 isolement ou en toutes combinaisons possibles : - l'alimentation du combustible se fait au moyen d'une vis sans fin ou, s'il s'agit de combustible non calibré, au moyen d'un impulseur, 2907197 6 - la rotation constante du fond mobile, alliée au fait que celui-ci a une configuration conique, avec un angle d'environ 152, permet d'établir le long de sa surface 5 divers niveaux parfaitement définis, niveaux auxquels le combustible, pendant le procédé de combustion parvient successivement en étant poussé par le combustible du niveau immédiatement inférieur alors que, pendant la rotation, il passe devant l'entrée de la vis sans fin ou de 10 l'impulseur ; - le fond mobile est équipé d'une grille, en fonte ou en béton, pourvue de tuyaux pour le passage d'air primaire ; - la rotation en spirale du combustible le long du 15 fond rotatif conique, dans le sens allant de l'extérieur vers l'intérieur, assure successivement la formation d'une zone de séchage préalable, de combustion préalable, de combustion, de refroidissement et de renvoi des cendres ; - le combustible déjà brûlé et sous la forme de 20 cendres est poussé vers un trou central, où les cendres sont évacuées vers l'extérieur au moyen d'une vis sans fin ; - le combustible, s'il se trouve humide, en pénétrant dans le foyer entre directement en contact avec le fond 25 rotatif, qui est la zone la plus chaude du foyer, et sèche au fur et à mesure qu'il avance le long de la zone de séchage préalable ; - les tours effectués par le combustible avec le fond rotatif deviennent d'autant plus petits que le combustible 2907197 7 s'approche du centre du fond, une telle diminution étant compensée par le fait que le combustible est en train de brûler et son volume diminue ; - la vis sans fin de renvoi des cendres peut aussi 5 récupérer les poussières d'un dépurateur de la chaudière ; - le système de combustion pour chaudières verticales est spécialement adapté pour la combustion de combustible sec ou humide, de préférence de la biomasse ; - la vis sans fin d'alimentation présente une 10 inclinaison d'environ 15 , de façon à éviter les retours de feu ; - le séchage du combustible est d'autant plus rapide et efficace que l'air primaire introduit dans le foyer est chaud, l'air primaire étant, de préférence, récupéré du 15 dépurateur de poussières de la chaudière ; - le fond rotatif repose sur des rouleaux et la transmission de mouvement audit fond s'effectue au moyen d'une chaîne et d'un moto-réducteur à l'extérieur de la chaudière. 20 La description qui suit est basée sur les dessins ci-joints lesquels, sans aucun caractère limitatif, représentent ce qui suit: 25 La figure 1 est une vue schématique en plan du fond rotatif et de la vis sans fin d'alimentation; 2907197 8 la figure 2 est une vue schématique et en coupe axiale de la chaudière verticale équipée du nouveau système de combustion de l'invention, et 5 les figures 3 et 4 sont des vues d'une chaudière de combustion verticale, respectivement en vue principale en partie en coupe et en partie de profil, et en coupe axiale partielle. 10 Conformément à ce qu'on peut observer sur les figures ci-jointes, la combustion du combustible se fait en spirale. Le combustible 1 est alimenté au moyen d'une vis sans fin 2 ou bien, s'il s'agit de combustible non calibré, 15 au moyen d'un impulseur (non représenté), le renvoi des cendres étant effectué par le centre, de façon automatique. Le système de combustion de l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend un fond mobile rotatif 3, légèrement conique. La rotation constante du fond mobile 3, 20 alliée au fait d'avoir une configuration conique avec un angle d'environ 15 , va permettre d'établir, le long de sa surface, divers niveaux parfaitement définis. Le combustible 1, qui entre dans le foyer 4 alimenté par la vis sans fin 2, va parcourir chacun de ces niveaux et 25 définir des zones d'action distinctes ayant pour but le procédé auquel il est soumis dans chacune d'elles. Le long de la surface du fond mobile 3 sont alors établies des zones bien définies. Ainsi, le combustible 2907197 -9 introduit par la vis sans fin 2 parcourt, au premier tour réalisé avec le fond mobile 3, une zone de séchage préalable 5. Le combustible éventuellement humide, en entrant en contact avec le béton ou la grille du fond 5 mobile qui est la zone la plus chaude du foyer 4, sèche rapidement. Après un tour complet du fond mobile 3 dans le foyer 4 et en passant devant l'alimentation 2, ce 10 combustible 1 est poussé vers le centre, vers un niveau supérieur, par le nouveau combustible d'entrée 1, et exécute un nouveau tour dans le foyer 4. Ici, il parcourt un tour dans ladite zone de combustion préalable 6. 15 À nouveau, en passant devant l'alimentation 2, le combustible 1 est poussé vers l'intérieur, vers le niveau immédiatement supérieur, et exécute un nouveau tour, parcourant ladite zone de combustion 7. En passant à nouveau devant l'alimentation de la vis sans fin 2, le combustible 1 de la zone de combustion passe, parce qu'il est poussé par le combustible 1 du niveau inférieur, au niveau supérieur plus près du centre, pénétrant dans une zone de refroidissement 8. Pour finir, le produit de la combustion, soit les cendres, est poussé vers un trou central 9, où il est évacué vers l'extérieur au moyen d'une vis sans fin 10. Le renvoi des centres se fait, donc, de façon automatique. 20 25 2907197 -10- Comme il est évident, plus le combustible 1 est proche du centre, plus les tours deviennent petits, ce qui ne constitue aucun problème, puisque le combustible 1 est 5 en train de brûler et son volume diminue. L'évacuation des cendres se fait par le centre (trou central 9), tombant sur une vis sans fin 10 qui les renvoie vers l'extérieur, laquelle vis 10, comme nous le 10 verrons par la suite, récupère également les poussières du dépurateur 21. La vis sans fin 2 d'alimentation est montée avec une inclinaison de 15 , de même que le fond rotatif 3. 15 Cette inclinaison de la vis sans fin 2 est nécessaire pour éviter les retours de feu du foyer 4. À son tour, le fond rotatif 3 repose sur des rouleaux 11, la transmission de mouvement audit fond 3 20 étant garantie au moyen d'une chaîne et d'un moto-réducteur à l'extérieur de la chaudière 20. Le fond rotatif mobile 3, généralement en béton, est pourvu de grilles 12 à travers desquelles passe l'air 25 primaire pour la combustion. Pour que la combustion soit accomplie avec un rendement élevé, il est nécessaire que l'air primaire introduit par les grilles 12 soit le plus chaud possible. 2907197 -11- Pour cela, il est normal de procéder à la récupération de l'air du dépurateur 21 de poussières et de l'envoyer au foyer 4. 5 Sur les figures 3 et 4 est représentée une chaudière verticale 20 équipée du système de combustion objet de l'invention. Ainsi qu'on peut l'observer, la chaudière génériquement représentée avec le numéro 20 est essentiellement constituée par le foyer 4 équipé d'un fond 10 mobile 3, par un dépurateur 21 et par une cheminée 22. Conformément à ce qui a déjà été décrit, l'air 19, qui est récupéré chaud du dépurateur 21, est à nouveau introduit dans le foyer 4. L'alimentation du combustible 1 est faite par la vis sans fin 2. Conformément à ce qui a aussi déjà 15 été décrit, une vis sans fin 10 retire les cendres qui tombent par le trou central 9 et les poussières du dépurateur 21. 20 REVENDICATIONS 1. Système de combustion pour chaudières verticales, caractérisé en ce qu'il comprend un fond mobile rotatif (3), conique, permettant à la combustion du combustible (1) de s'effectuer en spirale le long de divers niveaux parfaitement définis, chacun d'eux allant définir des zones d'action (5, 6, 7, 8 et 9) où le combustible (1) est soumis à différentes phases de la combustion. 2. Système de combustion pour chaudières verticales, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation du combustible (1) se fait au moyen d'une vis sans fin (2) ou, s'il s'agit de combustible non calibré, au moyen d'un impulseur. 3. Système de combustion pour chaudières verticales, selon la revendication 2, caractérisé en ce que la rotation constante du fond mobile (3), alliée au fait que celui-ci a une configuration conique, avec un angle d'environ 152, permet d'établir le long de sa surface divers niveaux parfaitement définis, niveaux auxquels le combustible (1), pendant le procédé de combustion parvient successivement en étant poussé par le combustible (1) du niveau immédiatement inférieur alors que, pendant la rotation, il passe devant l'entrée de la vis sans fin (2) ou de l'impulseur. 2907197 -13- 4. Système de combustion pour chaudières verticales, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fond mobile (3) est équipé d'une grille (12), en fonte ou en béton, pourvue de tuyaux 5 pour le passage d'air primaire. 5. Système de combustion pour chaudières verticales, selon l'une quelconques des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la rotation en spirale du 10 combustible (1) le long du fond rotatif conique (3), dans le sens allant de l'extérieur vers l'intérieur, assure successivement la formation d'une zone de séchage préalable (5), de combustion préalable (6), de combustion (7), de refroidissement (8) et de renvoi des cendres (9). 15 6. Système de combustion pour chaudières verticales, selon la revendication 5, caractérisé en ce que, dans la zone pour le renvoi des cendres (9), le combustible (1) déjà brûlé et sous la forme de cendres est 20 poussé vers un trou central (9), où les cendres sont évacuées vers l'extérieur au moyen d'une vis sans fin (10). 7. Système de combustion pour chaudières verticales, selon l'une quelconques des revendications 5 et 25 6, caractérisé en ce que le combustible (1), s'il se trouve humide, en pénétrant dans le foyer (4) entre directement en contact avec le fond rotatif (3), qui est la zone la plus chaude du foyer (4), et sèche au fur et à mesure qu'il avance le long de la zone de séchage préalable (5). 2907197 - 14 - 8. Système de combustion pour chaudières verticales, selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les tours effectués par le 5 combustible (1) avec le fond rotatif (3) deviennent d'autant plus petits que le combustible (1) s'approche du centre du fond (3), une telle diminution étant compensée par le fait que le combustible (1) est en train de brûler et son volume diminue. 10 9. Système de combustion pour chaudières verticales, selon la revendication 6, caractérisé en ce que la vis sans fin (10) de renvoi des cendres peut aussi récupérer les poussières d'un dépurateur (21) de la 15 chaudière (2 0) . 10. Système de combustion pour chaudières verticales, selon l'un quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est spécialement adapté pour la 20 combustion de combustible sec ou humide, de préférence de la biomasse. 11. Système de combustion pour chaudières verticales, selon la revendication 2, caractérisé en ce que 25 la vis sans fin (2) d'alimentation présente une inclinaison d'environ 15 , de façon à éviter les retours de feu. 12. Système de combustion pour chaudières verticales, selon l'une des revendications 4 et 9, 2907197 -15- caractérisé en ce que le séchage du combustible (1) est d'autant plus rapide et efficace que l'air primaire introduit dans le foyer (4) est chaud, l'air primaire étant, de préférence, récupéré du dépurateur (21) de 5 poussières de la chaudière (20). 13. Système de combustion pour chaudières verticales, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond rotatif (3) repose sur des rouleaux (11) et la 10 transmission de mouvement audit fond (3) s'effectue au moyen d'une chaîne et d'un moto-réducteur à l'extérieur de la chaudière.