Brevet FR3105819A1 — publié le 20210702

Brûleur (2) à combustible destiné à être intégré dans un four (3) ou une chaudière et agencé dans ledit four (3) ou ladite chaudière dans une position de consigne, le brûleur (2) comprenant des moyens (C1 – C9) de mesures aptes à mesurer un décalage par rapport à la position de consigne Figure pour l'abrégé : Figure 1 Brûleur instrumenté Domaine technique de l'invention L'invention concerne un brûleur destiné à être intégré par exemple dans un four industriel ou une chaudière. L’invention concerne plus précisément les brûleurs instrumentés équipés de capteurs de positions. L’invention concerne également une installation comprenant un tel brûleur et un procédé de contrôle de l’installation afin d’optimiser le fonctionnement de ladite installation. Arrière-plan technique Les brûleurs sont utilisés dans de nombreuses industries. Ils sont un élément névralgique dans de nombreuses installation industrielles. Parmi ces installations on peut citer à titre d’exemples, les usines de production de clinker destinées in fine à la production de ciment ou encore les réseaux de production d’eau chaude sanitaire ou de vapeur. Il est connu des installations intégrant des brûleurs et comportant en outre un ou plusieurs capteurs destinés à mesurer des températures pour obtenir des profils thermiques. Il est également connu des installations comportant des capteurs destinés à analyser diverses caractéristiques de la flamme, ces capteurs sont par exemple des moyens d’imagerie. Ces installations munies de tels systèmes de surveillance prétendent améliorer la qualité de la calcination dans les fours et/ou réduire les émissions de monoxyde de carbone et oxydes d’azote. Bien que des progrès ait été réalisés en ce sens, de nombreux problèmes demeurent. Le réglage de la position de consigne du brûleur dans le four ou la chaudière est réalisé de manière empirique, c’est-à-dire en faisant plusieurs tests successifs. La position de consigne dépend du secteur industriel dans lequel est utilisé le brûleur. Ces réglages sont réalisés au cours de l’assemblage de l’installation et peaufinés après son démarrage. La position de consigne est choisie de sorte que la calcination respecte les standards de qualité du produit fini, par exemple le clinker pour la production de ciment, tout en minimisant les émissions de monoxyde de carbone et d’oxyde d’azote. Il est à noter par ailleurs, que les législations tendent à se durcir concernant les émissions de ces polluants. Au cours de l’utilisation des installations, la qualité de la calcination peut diminuer et les émissions de polluants augmenter. Ceci est le résultat de plusieurs facteurs seuls ou combinés ensembles. Parmi ces facteurs on peut citer à titre d’exemple : - les dérives et fatigues mécaniques du brûleur, qui provoquent des décalages du brûleur par rapport au four, - une modification des caractéristiques du combustible notamment l’enrichissement du mélange, qui a impact sur la qualité de calcination et sur les émissions, - des problèmes avec les changements de combustibles en fonction des cours des matières premières, ce qui modifie les propriétés de la combustion. L’invention vise à remédier aux inconvénients précités. A cet effet, il est proposé en premier lieu un brûleur à combustible destiné à être intégré dans un four ou une chaudière et agencé dans ledit four ou ladite chaudière dans une position de consigne, le brûleur comprenant des moyens de mesures aptes à mesurer un décalage par rapport à la position de consigne. Un tel brûleur muni de moyens de mesures permet avantageusement de détecter une erreur de positionnement par rapport au four ou à la chaudière. Des actions peuvent ensuite être entreprises afin de corriger le positionnement. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison : - les moyens de mesures sont aptes à mesurer un décalage global dudit brûleur par rapport au four ou à la chaudière ; - les moyens de mesure sont aptes à mesurer un décalage entre des sous-ensembles dudit brûleur ; - le brûleur comprend un corps comportant les moyens de mesures ; - le brûleur comprend une pluralité de capteurs de distance aptes à mesurer une distance séparant le four ou la chaudière, du corps dudit brûleur, chaque capteur pointant vers un point situé sur le four selon un axe longitudinal du brûleur et chaque point étant distinct l’un de l’autre ; - le brûleur comprend un capteur d’enfoncement apte à mesurer une distance entre le corps du brûleur et le four et/ou de la chaudière, ladite distance étant mesurée selon un axe longitudinal du brûleur ; - le brûleur comprend un capteur de hauteur apte à mesurer une hauteur du corps dudit brûleur ; - le brûleur comprend au moins un capteur apte à mesurer une pression dynamique dans l’une des conduites d’alimentation dudit brûleur ; - le brûleur comprend en outre une pièce de réglage apte à modifier un point de fonctionnement dans le brûleur, ladite pièce de réglage étant mobile, ledit brûleur comprenant des moyens de mesures aptes à mesurer une distance et/ou une inclinaison entre le corps et la pièce de réglage. Il est proposé en deuxième lieu une installation comprenant un brûleur tel que précédemment décrit et un four ou une chaudière et un calculateur, le brûleur étant agencé dans le four ou la chaudière, l’installation comprenant en outre un moyen de liaison connecté aux capteurs et apte à recevoir des mesures desdits capteurs et à communiquer lesdites mesures au calculateur, le calculateur étant apte à traiter les mesures reçues du moyen de liaison. Il est proposé en troisième lieu un procédé de contrôle d’une installation telle que précédemment décrite, dans lequel ledit procédé comporte les étapes suivantes : - mesurer une position instantanée du brûleur, - envoyer les mesures de la position instantanée du brûleur au calculateur, - comparer les mesures de la position instantanée du brûleur avec une position de consigne prédéterminée, - alerter si un décalage entre la position instantanée et la position consigne est détecté. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison : - le procédé indique les réglages à effectuer sur la position du brûleur afin de revenir à une position de consigne ; - le procédé effectue automatiquement des modifications des paramètres de la combustion en fonction des décalages mesurés et/ou des modifications sur la position du brûleur afin de revenir à une position de consigne. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera au dessin annexé dans lequel : la figure 1 est une vue en perspective d’une installation selon l’invention. Description détaillée de l'invention Sur la figure 1 est représentée une installation 1 selon l’invention. L’installation 1 comprend un brûleur 2, un four 3 et un calculateur 4. Le brûleur 2 est agencé dans un four mais peut également l’être dans une chaudière. Dans le four 3, le brûleur 2 est agencé dans une position prédéterminée, ci-après dénommée, position de consigne. Cette position est déterminée de manière empirique c’est-à-dire en réalisant une série de tests successifs. La position de consigne correspond à la position dans le four 3 dans laquelle la calcination est la plus efficace, c’est-à-dire qui présente le meilleur rendement qualité tout en limitant la consommation de combustible et la production de polluants tels que des oxydes d’azote et du monoxyde de carbone. Pour diverses raisons liées à l’utilisation du brûleur 2, celui-ci peut s’écarter de sa position de consigne, ce décalage est une dérive involontaire lorsqu’elle est liée à une usure mécanique. Cette dérive est multidimensionnelle en ce sens, qu’elle peut apparaître dans les trois dimensions de l’espace. Pour d’autres raisons, il peut être intéressant de s’écarter de la position de consigne, notamment lorsqu’un combustible différent est utilisé. En effet, une position de consigne peut être associée à un combustible, et l’usage d’un autre combustible peut nécessiter de s’écarter de la position de consigne. Dans ce cas, le décalage n’est pas une dérive involontaire, mais un décalage destiné à améliorer les performances de la calcination. Le brûleur 2 comporte avantageusement des moyens C1 – C9 aptes à mesurer la dérive, c’est-à-dire un décalage entre la position de consigne et la position instantanée du brûleur 2. Les moyens C1 – C9 de mesures sont aptes à mesurer une dérive globale du brûleur 2 par rapport au four 3. De plus les moyens C1 – C9 de mesures sont aussi aptes à mesurer une dérive de sous-ensembles du brûleur 2 les uns par rapport aux autres ainsi que ceci sera décrit ultérieurement. Il est défini, de manière non limitative et sans référence à la gravité terrestre, un trièdre comprenant : - un axe X définissant une direction d’extension du brûleur 2, - un axe transversal Y perpendiculaire à l’axe X et définissant ensemble avec l’axe Y un plan XY, - un axe vertical Z perpendiculaire aux axes X et Y et définissant respectivement avec ces axes, un plan XZ et un plan YZ. Le brûleur 2 comprend un corps 5 sur lequel sont agencés les moyens C1 – C9 de mesures. Ainsi qu’illustré sur la figure 1, les moyens C1 – C9 de mesures sont positionnés sur le corps 5, de sorte que lorsque le brûleur 2 est agencé dans le four 3, les moyens C1 – C9 de mesures se situent à l’extérieur dudit four 3. Parmi les moyens de mesures, le brûleur 2 comprend deux capteurs C2, C3 de distance. Les capteurs C2, C3 de distance sont chacun, aptes à mesurer une distance séparant le four 3 du corps 5 du brûleur 2. Cette distance est mesurée selon l’axe X. Les capteurs C2, C3 pointent en direction du four 3, selon l’axe X. Ils sont avantageusement montés sur des pattes 6 latérales qui s’étendent en saillie latéralement dans une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe X. Les pattes 6 latérales permettent de déporter latéralement les capteurs C2, C3 de distance afin qu’aucun élément du brûleur 2 ne gêne les mesures effectuées. De plus, en déportant latéralement les capteurs C2, C3, la précision de la mesure est améliorée en ce qu’une éventuelle dérive sera plus flagrante. Chaque capteur C2, C3 de distance pointe en direction du four 3 respectivement en un point P2, P3 distincts l’un de l’autre et situés sur ledit four 3. Le brûleur 2 comprend avantageusement un capteur C1 d’enfoncement. Le capteur C1 d’enfoncement est apte à mesurer une distance séparant le four 3 du corps 5 du brûleur 2. Cette distance est mesurée selon l’axe X. Le capteur C1 d’enfoncement est avantageusement monté sur une patte 7 supérieure faisant saillie du corps 5 du brûleur 2 dans une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe X. La patte 7 supérieure permet à l’instar des pattes 6 latérales, de déporter latéralement le capteur C1 d’enfoncement afin qu’aucun élément du brûleur 2 ne gêne les mesures effectuées. Le capteur C1 d’enfoncement pointe en direction du four 3 en un point P1 distinct des points P2, P3. Le brûleur 2 comprend avantageusement un capteur C4 de hauteur. Le capteur C4 de hauteur est agencé sur l’une des pattes 6 latérales. Le capteur C4 de hauteur est apte à mesurer la hauteur du corps 5 du brûleur 2. Cette hauteur est mesurée par rapport à un élément de référence tel qu’un sol, toutefois il peut s’agit d’un autre élément de référence en fonction de l’agencement du brûleur 2. Le capteur C4 de hauteur effectue ses mesures selon l’axe Z. Ainsi que précédemment évoqué, le brûleur 2 comprend avantageusement un capteur C9 de sous-ensemble apte à mesurer une dérive d’un sous-ensemble du brûleur 2. Ainsi qu’on peut le voir sur la figure 1, le brûleur 2 comporte une pièce 8 de réglage destinée à modifier au moins un paramètre de la combustion. La pièce 8 de réglage est mobile et déplaçable au moyen d’une manette 9. Le capteur C9 de sous-ensemble est apte à mesurer la distance séparant la pièce 9 de réglage du corps 5 du brûleur 2. A l’instar des capteurs C1, C2, C3, le capteur C9 est agencé sur une patte 10 de fixation faisant saillie du corps 5 du brûleur 2. Le capteur C9 de sous-ensemble pointe en direction d’une platine 11 montée sur la pièce 8 de réglage. Les capteurs C1, C2, C3, C4, C9 utilisent une technologie à ultrasons. Cette technologie est particulièrement intéressante puisqu’elle permet d’effectuer des mesures dans des conditions difficiles où les températures sont élevées et dans un environnement parfois poussiéreux. Les pattes 6, 7 sont avantageusement réglables en position de sorte à modifier la position des capteurs qu’elles accueillent. Ceci permet de plus ou moins déporter les capteurs en fonction du four ou de la chaudière recevant le brûleur. Le brûleur 2 comprend avantageusement un capteur C5 d’inclinaison. Le capteur C5 d’inclinaison est monté directement sur le corps 5. Ce capteur C5 d’inclinaison permet avantageusement de mesurer une dérive de l’inclinaison du corps 5 par rapport à une inclinaison de consigne. Le brûleur comprend avantageusement des capteurs C6, C7, C8 aptes à mesurer une pression dynamique dans le brûleur 2. La mesure de la pression dynamique permet notamment de déterminer la vitesse du combustible et/ou du comburant. Les capteurs C6, C7, C8 de pression sont agencés sur le corps 5 du brûleur 2 en plusieurs endroits différents afin de fiabiliser les mesures effectuées. Avantageusement, le brûleur 2 comprend un moyen 12 de liaison apte à recevoir les mesures effectuées par les capteurs C1-C9. Le moyen 12 de liaison est par exemple une boite de jonction électronique. Le moyen 12 de liaison est apte à centraliser et à envoyer les mesures effectuées par les capteurs C1-C9 au calculateur 4. Le moyen 12 de liaison est reliée aux capteurs C1-C9 par une liaison filaire non représentée sur la figure 1. Le moyen 12 de liaison envoie les mesures au calculateur 4. Le moyen 12 de liaison peut envoyer les mesures par une technologie filaire ou sans fil. Le calculateur 4 est par exemple une unité informatique. Le calculateur 4 traite les mesures effectuées tel que décrit dans ce qui suit. L’invention concerne en outre un procédé de contrôle de l’installation 1. Les informations inhérentes à la position de consigne du brûleur 2 sont enregistrées préalablement dans le calculateur 4. Ce procédé de contrôle comprend : - une étape de mesure de la position instantanée du brûleur 2 avec les capteurs C1 – C9 de mesures, - une étape d’envoi de la position instantanée du brûleur 2 au calculateur 4 au moyen de la boite 12 de jonction, - une étape de comparaison de la mesure de la position instantanée du brûleur 2 avec la position de consigne, cette étape étant réalisée par le calculateur 4, - une étape d’alerte si une dérive est détectée, c’est-à-dire si un décalage a été mesuré. L’alerte consiste en un message envoyé à un centre de contrôle. Plusieurs actions peuvent alors être entreprises en fonction de la dérive qui a été mesurée. Une première action peut consister à repositionner le brûleur dans sa position de consigne. Ceci peut être réalisé manuellement ou automatiquement lorsque le brûleur est motorisé. Une deuxième action peut consister à modifier les paramètres de la combustion en fonction du type de dérive qui est mesurée et de son importance afin de maintenir la qualité de la calcination. De façon plus détaillée le procédé comprend plusieurs étapes, chacune inhérente à une mesure particulière effectuée via les capteurs C1-C9 de mesures. Ainsi le procédé comprend : - une étape de mesure d’une distance entre le four 3 et le corps 5 du brûleur 2 au moyen du capteur C1 d’enfoncement, - une étape d’envoi de ces mesures au calculateur 4 au moyen de la boîte 12 de jonction, - une étape de comparaison de l’enfoncement instantané mesuré du brûleur 2 dans le four 3 avec un enfoncement de consigne, - une étape d’alerte et/ou de correction de la position du brûleur 2 et/ou des paramètres de la combustion si une différence est détectée entre l’enfoncement instantané mesuré et l’enfoncement de consigne. Ces étapes du procédé permettent de corriger une éventuelle dérive selon l’axe X du brûleur par rapport au four. Le procédé comprend en outre : - une étape de mesure d’une première distance instantanée entre le four 3 et le corps 5 du brûleur au moyen du capteur C2 de distance, - une étape de mesure d’une deuxième distance instantanée entre le four 3 et le corps 5 du brûleur 2 au moyen du capteur C3 de distance, - une étape d’envoi de ces mesures au calculateur 4 au moyen de la boîte 12 de jonction, - une étape de comparaison de la première distance instantanée avec une première distance de consigne et de la deuxième distance instantanée avec une deuxième distance de consigne, - une étape d’alerte et/ou de correction de la position du brûleur 2 et/ou des paramètres de la combustion si une différence est détectée entre la première distance instantanée et la première distance de consigne et/ou une différence est détectée entre la deuxième distance instantanée et la deuxième distance de consigne. Ces étapes du procédé permettent de corriger une éventuelle dérive latérale du brûleur 2, c’est-à-dire si le brûleur 2 est dans une position en biais par rapport au four 3. Le procédé comprend en outre : - une étape de mesure d’une hauteur instantanée au moyen du capteur C4 de hauteur, - une étape d’envoi de cette hauteur instantanée au calculateur 4 au moyen de la boîte 12 de jonction, - une étape de comparaison de la hauteur instantanée et la hauteur de consigne, - une étape d’alerte et/ou de correction de la position du brûleur 2 et/ou des paramètres de la combustion si une différence est détectée entre la hauteur instantanée et la hauteur de consigne. Ces étapes du procédé permettent de corriger une éventuelle dérive selon l’axe Z du brûleur. Le procédé comprend en outre : - une étape de mesure d’une inclinaison instantanée au moyen du capteur C5 d’inclinaison, - une étape d’envoi de cette inclinaison instantanée au calculateur 4 au moyen de la boîte 12 de jonction, - une étape de comparaison de l’inclinaison instantanée et l’inclinaison de consigne, - une étape d’alerte et/ou de correction de la position du brûleur 2 et/ou des paramètres de la combustion si une différence est détectée entre l’inclinaison instantanée et l’inclinaison de consigne. Ces étapes du procédé permettent de corriger une éventuelle dérive de l’inclinaison de brûleur 2, c’est-à-dire une rotation involontaire du brûleur autour de l’axe Y. Le procédé comprend en outre : - une étape de mesure d’une pression dynamique instantanée au moyen d’au moins un des capteurs C6, C7, C8 de pression, - une étape d’envoi de cette pression dynamique instantanée au calculateur 4 au moyen de la boîte 12 de la jonction, - une étape de calcul d’une vitesse moyenne instantanée du flux de comburant dans le brûleur grâce aux mesures de la pression dynamique, - une étape de comparaison de la vitesse moyenne instantanée et la de vitesse de consigne, - une étape d’alerte et/ou de correction des paramètres de la combustion si une différence est détectée entre la vitesse moyenne instantanée et la vitesse moyenne de consigne. Ces étapes du procédé permettent de corriger une éventuelle dérive de la vitesse du flux dans le brûleur, ce qui peut avoir impact sur le rendement brûleur. Cette dérive peut apparaître avec des changements de combustibles répétés ou bien s’il y a des dérives involontaires des proportions comburant/combustible. Cette installation et son procédé de contrôle présentent plusieurs avantages parmi lesquels : - la détection des décalages du brûleur par rapport au four, - des modifications des caractéristiques du combustible notamment l’enrichissement du mélange, qui a impact sur la qualité de calcination et sur les émissions, - des problèmes avec les changements de combustibles en fonction des cours des matières premières, qui modifie les propriétés de la combustion. Brûleur (2) à combustible destiné à être intégré dans un four (3) ou une chaudière et agencé dans ledit four (3) ou ladite chaudière dans une position de consigne, le brûleur (2) comprenant des moyens (C1 – C9) de mesures aptes à mesurer un décalage par rapport à la position de consigne. Brûleur (2) selon la revendication 1 dans lequel, les moyens (C1 – C5) de mesures sont aptes à mesurer un décalage global dudit brûleur (2) par rapport au four (3) ou à la chaudière. Brûleur (2) à combustible selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2 dans lequel, les moyens (C9) de mesure sont aptes à mesurer un décalage entre des sous-ensembles dudit brûleur (2). Brûleur (2) selon la revendication 1 dans lequel, celui-ci comprend un corps (5) comportant les moyens (C1 - C9) de mesures. Brûleur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel, celui-ci comprend une pluralité de capteurs (C2, C3) de distance aptes à mesurer une distance séparant le four (3) ou la chaudière, du corps (5) dudit brûleur (2), chaque capteur (C2, C3) pointant vers un point (P2, P3) situé sur le four (3) selon un axe longitudinal du brûleur (2) et chaque point (P2, P3) étant distinct l’un de l’autre. Brûleur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel, celui-ci comprend un capteur (C1) d’enfoncement apte à mesurer une distance entre le corps (5) du brûleur (2) et le four (3) et/ou de la chaudière, ladite distance étant mesurée selon un axe longitudinal du brûleur (2). Brûleur (2) selon l’une quelconque des revendications 4 à 6 dans lequel, celui-ci comprend un capteur (C4) de hauteur apte à mesurer une hauteur du corps (5) dudit brûleur (2). Brûleur (2) selon l’une quelconque des revendication 4 à 7 dans lequel, celui-ci comprend un capteur (C5) d’inclinaison apte à mesurer une inclinaison du corps (5) dudit brûleur (2). Brûleur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel, celui-ci comprend au moins un capteur (C6, C7, C8) apte à mesurer une pression dynamique dans l’une des conduites d’alimentation dudit brûleur (2). Brûleur (2) selon l’une quelconque des revendications 2 à 9 dans lequel, celui-ci comprend en outre une pièce (8) de réglage apte à modifier un point de fonctionnement dans le brûleur, ladite pièce (8) de réglage étant mobile, ledit brûleur comprenant des moyens (C9) de mesures aptes à mesurer une distance et/ou une inclinaison entre le corps (5) et la pièce (8) de réglage. Installation (1) comprenant un brûleur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 et un four (3) ou une chaudière et un calculateur (4), le brûleur (2) étant agencé dans le four (3) ou la chaudière, l’installation (1) comprenant en outre un moyen (12) de liaison connecté aux capteurs (C1 – C9) et apte à recevoir des mesures desdits capteurs (C1 – C9) et à communiquer lesdites mesures au calculateur (4), le calculateur (4) étant apte à traiter les mesures reçues du moyen (12) de liaison. Procédé de contrôle d’une installation selon la revendication 11 dans lequel celui-ci comporte les étapes suivantes : - mesurer une position instantanée du brûleur, - envoyer les mesures de la position instantanée du brûleur au calculateur, - comparer les mesures de la position instantanée du brûleur avec une position de consigne prédéterminée, - alerter si un décalage entre la position instantanée et la position consigne est détecté. 13. Procédé de contrôle selon la revendication 12 dans lequel celui-ci comporte une étape d’indication des réglages à effectuer sur la position du brûleur afin de revenir à une position de consigne. 14. Procédé de contrôle selon la revendication 12 dans lequel celui-ci comporte une étape de modification automatique des paramètres de la combustion en fonction des décalages mesurés et/ou des modifications sur la position du brûleur afin de revenir à une position de consigne.