Brevet FR2907881A1 — publié le 20080502

Brûleur pour chaudière à combustibles solides du type biomasse, pneu ainsi qu'une chaudière comportant un tel brûleur. La présente invention concerne un brûleur pour chaudière à combustibles solides du type biomasse, pneu ainsi qu'une chaudière comportant un tel brûleur. Le domaine de la production d'énergie à partir de la biomasse a connu ces dernières années un grand développement. En effet, les problèmes liés aux ressources énergétiques habituelles telles que les hydrocarbures tant du point de vue de la diminution des réserves, que des pollutions engendrées ou même tout simplement de leur coût économique, ont amenés à une réflexion sur l'utilisation de la biomasse en tant que source d'énergie. De manière classique, le terme de biomasse regroupe l'ensemble des énergies provenant de la dégradation de la matière organique produite à partir de l'énergie solaire transformée par les plantes utilisées soit directement soit après une méthanisation de la matière organique (biogaz) ou de nouvelles transformations chimiques (biocarburant). La présente invention vise plus particulièrement le domaine de l'utilisation de biomasse 20 en tant que combustible alimentant une chaudière. Ainsi, on connaît déjà des installations de production d'énergie à partir de la combustion de combustibles très variés tels que sciure, bûches, pailles, déchets végétaux, sous produit de forêt ou taillis, rafle de maïs, noix de coco, etc. Le brûleur qui constitue la chambre de combustion de la chaudière met en présence le combustible et le comburant constitué d'air, en vue de la combustion. Ce brûleur est généralement constitué d'une enceinte dans laquelle s'effectue le remplissage en combustible et l'admission d'air en tant que comburant. Une flamme mal alimentée en comburant est longue et fumante car elle cherche de l'oxygène sur sa hauteur. Aussi, de manière à générer une circulation d'air au sein du brûleur pour favoriser la flamme, on prévoit dans la chaudière un ventilateur permettant 25 30 2907881 2 l'admission d'air primaire et secondaire et ainsi que le plus souvent un ventilateur pour la sortie des fumées dans la partie haute de la chaudière. La présence de ces ventilateurs peut générer des problèmes d'entretien du fait de leur exposition à des températures relativement élevées, ces températures élevées étant nécessaires à une bonne 5 combustion. On a pu également remarquer qu'en fonction de la nature du combustible, survenait l'apparition plus ou moins importante de résidus. Ainsi, lorsque le combustible est à base de bois, la combustion ne génère quasiment pas de cendres alors que dans le cas de 10 céréales, des résidus solides sous forme de mâchefer sont formés lors de la combustion. De manière à résoudre ce problème des résidus de combustion, on a proposé dans le document FR 2 880 407, un dispositif de chauffage comportant notamment un brûleur à combustible fragmenté tel que des céréales qui est adapté pour permettre l'extraction 15 des résidus solides sans intervention humaine extérieure et sans interrompre le fonctionnement du dispositif de chauffage. Un tel brûleur autonettoyant est ainsi constitué d'une enceinte ajourée composée d'une partie haute munie d'ouvertures supérieure et inférieure et d'une partie basse munie également d'une ouverture supérieure communiquant avec l'ouverture inférieure de la partie haute, la partie basse étant montée mobile en déplacement entre une position de fonctionnement et une position de nettoyage dans laquelle son ouverture supérieure est dirigée vers le bas, des moyens de fermeture étant prévus pour fermer l'ouverture inférieure de la partie haute lorsque la partie basse est déplacée. On connaît également par EP 0 882 201 une chaudière à alimentation continue en combustible solide parcellisé dont la combustion est optimisée. Une telle chaudière présente deux étages superposés dont un inférieur dans lequel est localisée une chambre de combustion tubulaire à extension verticale dans laquelle débouchent des moyens d'approvisionnement en combustible et dont un autre supérieur dans lequel sont localisés un échangeur et un conduit d'évacuation des fumées, les deux étages communiquant par l'intermédiaire d'une buse pour l'échappée des flammes hors de la chambre de combustion vers l'échangeur sous l'effet de moyens de circulation d'air dit primaire depuis la base de la chambre de combustion et axialement à travers son espace 2907881 3 intérieur vers le conduit d'évacuation des fumées. Les moyens de circulation d'air sont constitués par des moyens de mise en dépression des étages supérieur et inférieur depuis l'aval de l'étage supérieur. Une telle chaudière présente donc l'avantage que l'air circulant sous l'effet de la dépression ne peut pas suivre un autre parcours que celui qui 5 lui est imposé par les moyens de mise en dépression contrairement à des moyens du type à pulsion. Une telle chaudière présente un rendement élevé grâce à l'optimisation de la combustion et du prélèvement de la chaleur produite, notamment grâce aux moyens de circulation de l'air ascendante. 10 Toutefois, en dehors de cette configuration en étages superposés pour générer la circulation de l'air, il n'est pas possible d'envisager d'autres configurations de chaudières. La présente invention vise donc à proposer un brûleur dans lequel on a optimisé la 15 combustion de telle sorte qu'il puisse être alimenté en différents types de biomasse tout en présentant des caractéristiques de rendement optimisées tout en pouvant être intégré au sein d'une chaudière sans que celle-ci n'ait besoin de présenter deux étages superposés. On peut donc ainsi avec un tel brûleur réalisé une chaudière d'architecture différente, notamment au niveau de l'échangeur. 20 En outre, la présente invention tend vers un brûleur dans lequel on puisse utiliser un combustible solide tel que de la biomasse que celle-ci soit constituée de céréales, de résidus de tournesol ou de colza, de betteraves en granules, de granules de bois, de bois déchiqueté, etc., mais qui permet en outre d'utiliser également d'autres combustibles 25 tels que des pneus usagés. De manière à éviter les problèmes liés aux résidus solides pouvant résulter de la combustion de certaines natures de biomasse comme évoqué précédemment, on propose un brûleur dans lequel la combustion génère beaucoup moins de ces résidus en 30 particulier lors de la combustion des céréales, et qui nécessite donc de ce fait un nettoyage moins fréquent. 2907881 4 A cet effet, l'invention a pour objet un brûleur à combustible solide tel que biomasse, pneus, comprenant un corps de chauffe constitué d'un cylindre pourvu de moyens d'alimentation régulée en combustible solide et dans sa partie inférieure de moyens d'admission d'air primaire en tant que comburant, caractérisé en ce que ledit cylindre 5 est pourvu dans sa partie inférieure, d'une plaque munie de perforations, positionnée au-dessus des moyens d'admission d'air primaire, cette plaque étant agencée pour recevoir le combustible sans que celui-ci ne la traverse, et ledit brûleur comportant en outre des moyens générant une dépression au sein du brûleur de sorte à créer une circulation d'air primaire depuis le dessous de ladite plaque, au travers de celle-ci et du combustible 10 reposant dessus jusqu'à un conduit de sortie des gaz en partie supérieure dudit brûleur. Ainsi, la dépression générée au sein du corps de chauffe du brûleur permet d'aspirer l'air depuis le fond du brûleur au travers de la paroi munie de perforation et donc d'accélérer l'air au travers du brûleur, de transporter les gaz formés à la base du cylindre 15 par l'élévation de la température jusqu'au tube de sortie du brûleur dans la partie supérieure dudit cylindre, le cylindre présentant une hauteur suffisante pour séparer les gaz des particules non brûlées qui peuvent redescendre vers la paroi du fond. On obtient donc une circulation d'air au sein du brûleur considérablement améliorée ce qui aboutit à une combustion quasi sans résidu. 20 De plus, on prévoit au niveau de la plaque de fond un moyen de raclage de plaque de fond qui sert également à niveler le niveau du combustible pour que l'air passe de manière régulière, le moyen de raclage jouant un rôle de tisonnier à la surface du feu, ce qui l'accélère encore. Ce moyen de raclage est maintenu à une certaine hauteur pour 25 éviter que le feu ne s'éteigne. De préférence, l'alimentation en combustible s'effectue depuis la partie supérieure du brûleur à l'aide de moyens de distribution tels qu'une écluse rotative. Cette distribution du combustible est ainsi beaucoup plus régulière qu'avec une vis sans fin et en outre 30 elle offre l'avantage de se faire sans qu'il y ait passe d'air de l'extérieur du brûleur vers l'intérieur. 2907881 5 Ainsi, il est possible d'obtenir des résidus inférieurs à 1% du combustible utilisé. Il résulte de ceci une forte production de gaz. Aussi, selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, les 5 moyens permettant la mise en dépression au sein du brûleur sont constitués par des moyens d'amenée d'air comprimé positionnés dans la partie supérieure du cylindre et créant la dépression à la manière d'un effet venturi, les moyens d'amenée d'air comprimé étant en outre dirigés vers le tube de sortie des gaz. ].0 La dépression ainsi créée au sein du brûleur selon l'invention est de manière avantageuse beaucoup plus importante qu'une dépression créée avec un ventilateur et encore plus importante que celle obtenue par le tirage naturel d'une cheminée. De cette manière, ces moyens d'amenée d'air comprimé sont positionnés de manière 15 que l'air de cet effet venturi fournisse également le comburant nécessaire à la combustion des gaz dans le tube de sortie du brûleur. En effet, l'air comprimé et l' effet venturi génèrent une poussée importante permettant une sortie de gaz en partie haute de la chaudière. 20 L REVENDICATIONS 1. Brûleur à combustible solide tel que biomasse, pneu, comprenant un corps de chauffe constitué d'un cylindre (1) pourvu de moyens d'alimentation régulée en combustible solide et dans sa partie inférieure de moyens d'admission d'air primaire (13) en tant que comburant, caractérisé en ce que ledit cylindre (1) est pourvu dans sa partie inférieure, d'une plaque (3) munie de perforations, positionnée au-dessus des moyens d'admission d'air primaire (13), cette plaque étant agencée pour recevoir le combustible sans que celui-ci ne la 1.0 traverse, et ledit brûleur comportant en outre des moyens générant une dépression au sein du brûleur de sorte à créer une circulation d'air primaire depuis le dessous de ladite plaque (3), au travers de celle-ci et du combustible reposant dessus jusqu'à un conduit (4) de sortie des gaz en partie supérieure dudit brûleur. 15 2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens propres à créer une dépression au sein du brûleur sont constitués par des moyens d'amenée d'air comprimé (2) positionnés dans la partie supérieure du cylindre (1) du brûleur et générant un effet venturi créant la dépression. 20 3. Brûleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'amenée d'air comprimé (2) sont positionnés de manière que l'air de cet effet venturi fournisse également le comburant nécessaire à la combustion dans un tube de sortie (4) du brûleur. 25 4. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation régulée en combustible solide sont constitués d'un tube d'alimentation (5) s'engageant au travers d'une ouverture ménagée dans la paroi supérieure fermant le cylindre (1) et relié à une réserve (16) de combustible par l'intermédiaire d'une écluse rotative (6) qui assure de manière régulière 30 l'approvisionnement en combustible du brûleur. 5. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 5, 14 2907881 15 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de raclage de la plaque de fond servant également à niveler le niveau du combustible pour que l'air passe de manière régulière. 6. Brûleur selon la revendication 5, 5 caractérisé en ce qu'il comporte au sein du cylindre (1) un arbre (8), de préférence tubulaire, qui s'étend au travers de la paroi supérieure du cylindre (1) vers la paroi de fond (3), cet arbre (8) étant entraînable en rotation à son extrémité extérieure au cylindre (1) tandis que son extrémité libre dans la partie inférieure du cylindre (1) est pourvue du moyen de raclage (9). 7. Brûleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'entraînement en rotation de l'arbre (8) est réalisé de manière simultanée avec l'écluse rotative (6). 8. Brûleur selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une enveloppe extérieure définissant avec le cylindre un compartiment annulaire dans lequel est amené l'air primaire jusqu'au moyens d'admission d'air (13). 9. Brûleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que des moyens d'admission d'air secondaire constitués d'un tube (11) raccordés aux moyens d'amenée et/ou d'admission d'air primaire s'étendent dans le cylindre (1) et débouchent dans la partie supérieure du cylindre (1) de manière à assurer la continuité de la flamme dans la partie haute du brûleur, au niveau de l'effet venturi. 10. Brûleur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'entraînement en translation de l'arbre (8) de sorte à abaisser le moyen de raclage (9) de sa position d'étalement du combustible à une position de contact avec la plaque (3) de sorte que le moyen de raclage (9) sert alors à broyer des résidus présents sur la tuyère (3) pour les faire passer au travers des perforations de la tuyère (3). 11. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 10, 2907881 16 caractérisé en ce que des moyens de génération d'une flamme tels que des moyens de distribution d'un gaz tel que propane, butane, sont prévus dans le tube de sortie (4). 12. Chaudière à combustible solide tel que biomasse, 5 caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un brûleur selon l'une des revendications là11. 13. Chaudière selon la revendication 12., caractérisée en ce que les moyens d'amenée d'air primaire depuis la chaudière jusqu'à 10 la partie basse du brûleur sont ménagés dans la partie basse de la chaudière et sont constitués d'un tube (20) concentrique à des sorties des gaz (16) ce qui permet de réchauffer l'air primaire et de refroidir les gaz en sortie.