Brevet FR3115862A1 — publié le 20220506

Système de récupération de chaleur fatale évacuée dans des rejets gazeux comprenant deux ventilateurs d’aspiration indépendants. L’invention consiste essentiellement en un système de récupération de chaleur de gaz chauds en sortie d’un foyer qui intègre deux ventilateurs indépendants l’un de l’autre, l’un étant dédié à la sortie de tout le flux gazeux en sortie du foyer pour le diriger vers une cheminée d’extraction, l’autre étant dédié à la récupération de la partie des gaz chauds, en aval du premier ventilateur, pour le diriger vers au moins un élément à chauffer puis vers la cheminée d’extraction. Figure pour l’abrégé : Fig.2 Système de récupération de chaleur fatale évacuée dans des rejets gazeux comprenant deux ventilateurs d’aspiration indépendants. La présente invention concerne le domaine de la récupération de chaleur fatale, plus particulièrement celle évacuée dans des rejets gazeux. La présente invention vise principalement à améliorer toute installation qui comprend un système de récupération de chaleur fatale évacués par rejets gazeux et dont leur mise en œuvre est susceptible d’induire une perturbation dans le fonctionnement de l’installation. L’invention s’applique tout particulièrement à une installation de production de charbon de bois mais peut s’appliquer à toute installation pour laquelle de la chaleur fatale est évacuée sous forme de rejets/effluents gazeux. La chaleur fatale définit une chaleur produite par une installation, qui est évacuée dans des rejets gazeux, liquides ou diffus. Les rejets gazeux sont notamment les fumées des fours et chaudières ou autres effluents gazeux par exemple de chaudières de production de vapeur. Pour récupérer de la chaleur fatale des rejets gazeux d’un procédé excédentaire, il est connu soit d’utiliser des échangeurs de chaleur, soit de récupérer directement la chaleur du flux gazeux en sortie de l’élément chauffant, par exemple d’un foyer. Les échangeurs de chaleur présentent de nombreux inconvénients : ils ont un rendement qui diminue l’efficacité de la récupération de chaleur, mais aussi une tendance à s’encrasser, ce qui génère des coûts de maintenance importants. La récupération directe du flux de chaleur pose, quant à elle, des problèmes de dépendance fonctionnelle entre l’amont et l’aval du système de récupération. En effet, la pression régnant dans la ligne fluidique de l’amont va se répercuter directement sur celle aval et inversement. Cela peut dans certains cas poser des problèmes de pilotage de l’installation dans laquelle le système de récupération de chaleur est mis en œuvre. Cette situation est mise en évidence sur la , qui illustre une installation 1 existante, comprenant un foyer 10 alimenté par une ligne d’alimentation 11 en combustible et dont la chaleur sous forme de rejets gazeux est évacuée par un système de récupération 2. Plus précisément, le système de récupération 2 comprend un élément (charge) 20 à chauffer par une ligne fluidique d’alimentation 21 qui est reliée à la ligne fluidique de sortie 12 des rejets gazeux du foyer 10. Cette partie du flux chaud qui traverse l’élément à chauffer est évacuée par une ligne fluidique de sortie 22. Un ventilateur commun 3 à la fois à la ligne de sortie 12 du foyer et la ligne de sortie 22 de l’élément 20 à chauffer, permet de créer l’aspiration/dépression pour la circulation simultanée des flux dans ces deux lignes 12, 22 et leur rejet commun dans la cheminée 4 de l’installation. Ainsi, toutes les tuyauteries constituant les lignes fluidiques 12, 21, 22 sont reliées et connectées via le ventilateur commun 3 qui crée l’aspiration/dépression. Le problème d’un tel système 2 est que la dépression induite dans le foyer 10 dépend de la vitesse de rotation du ventilateur commun 3 et du taux d’ouverture des vannes de contrôle des débits de flux dans les lignes 12, 21, 22, c’est-à-dire respectivement la vanne 13 dédiée à la régulation du flux de sortie du foyer 10, la vanne 23 dédiée au flux en entrée de l’élément 20 à chauffer, et celle 24 dédiée aux rejets en sortie dudit élément 20. Chaque vanne 13, 23, 24 réagit en fonction d’une température ou d’une pression et de fait, la dépression dans le foyer 10 peut ne pas être maîtrisée, ce qui pose des problèmes importants de combustion. Ces problèmes de combustion se traduisent par une flamme au sein du foyer qui peut être soufflée en cas de dépression trop forte et, à contrario, en cas de dépression trop faible par une production de monoxyde de carbone (CO) et la génération d’une surpression. Il existe un besoin pour améliorer encore les systèmes de récupération de chaleur fatale d’une installation, notamment afin de pallier les inconvénients précités qu’ils induisent sur le pilotage de l’installation. Le but général de l'invention est alors de répondre au moins en partie à ce besoin. Pour ce faire, l’invention a tout d’abord pour objet une installation comprenant : - un foyer émettant des rejets gazeux chauds ; - une ligne fluidique de sortie reliée au foyer ; - un premier ventilateur d’aspiration pour créer une dépression dans le foyer de sorte à évacuer les rejets gazeux chauds émis par le foyer dans la ligne de sortie ; - un système de récupération de chaleur fatale évacuée par les rejets gazeux comprenant : • au moins un élément à chauffer, • une ligne fluidique d’alimentation reliée à l’entrée de l’élément à chauffer, • une ligne fluidique de sortie reliée à la sortie de l’élément à chauffer, • un deuxième ventilateur d’aspiration, distinct du premier ventilateur, pour créer une dépression dans la ligne de sortie de l’élément à chauffer, la ligne d’alimentation de l’élément à chauffer étant agencée pour récupérer une partie des rejets gazeux en aval du premier ventilateur d’aspiration sans être reliée à la ligne de sortie du foyer, de telle sorte que l’aspiration générée par le deuxième ventilateur ne génère pas de variations de pression dans la ligne de sortie du foyer. Selon un mode de réalisation avantageux, la sortie du premier ventilateur est reliée à un premier conduit débouchant dans une chambre, tandis que la sortie du deuxième ventilateur est reliée à un deuxième conduit débouchant dans la chambre, le deuxième conduit étant distinct du premier conduit. De préférence, la ligne d’alimentation de l’élément à chauffer est débouchante dans la chambre, à distance du premier conduit, de sorte à récupérer la partie des rejets gazeux. Selon ce mode, et une variante avantageuse, l’installation comprend un troisième conduit dont l’entrée débouche dans le deuxième conduit et la sortie débouche dans la chambre, de préférence à proximité de l’entrée de la ligne d’alimentation, une vanne de régulation étant agencée dans le troisième conduit, la commande de la vanne de régulation étant asservie à la mesure de la pression dans la chambre, de sorte à stabiliser ladite pression. Avantageusement, la chambre est délimitée au sein de la cheminée de l’installation. Le système peut comprendre plusieurs éléments à chauffer. Il est en effet avantageux d’utiliser le système selon l’invention s’il y a plusieurs éléments à chauffer qui vont indépendamment créer des perturbations du foyer au bénéfice de leur propre fonctionnement. Le ou les éléments à chauffer peu(ven)t être choisi(s) parmi un panier de bois, de la luzerne, de la paille, des déchets agricoles humides. De préférence, la température des rejets gazeux chauds évacués du foyer est comprise 600°C à 1200°C. De préférence encore, le débit des rejets gazeux chauds étant compris entre 100m3/h et 2000m3/h. L’installation qui vient d’être décrite peut constituer avantageusement une installation de pyrolyse, notamment une installation de production de charbon de bois. Ainsi, l’invention consiste essentiellement en un système de récupération de chaleur de gaz chauds en sortie d’un foyer qui intègre deux ventilateurs indépendants l’un de l’autre, l’un étant dédié à la sortie de tout le flux gazeux en sortie du foyer pour le diriger vers une cheminée d’extraction, l’autre étant dédié à la récupération de la partie des gaz chauds, en aval du premier ventilateur, pour le diriger vers au moins un élément à chauffer puis vers la cheminée d’extraction. La déconnexion physique entre la ligne fluidique de sortie du foyer reliée au premier ventilateur et celle alimentant l’élément à chauffer permet que la dépression générée au niveau du foyer ne subisse pas de variations de pression car la dépression dédiée à la récupération en tant que telle est gérée par le deuxième ventilateur fonctionnant indépendamment du premier ventilateur. Ainsi, le fonctionnement du système de récupération de chaleur fatale selon l’invention est décorrélé de celui de pilotage de l’installation qui intègre le système, plus particulièrement de son foyer. Autrement dit, le système de récupération de chaleur selon l’invention n’a pas d’impact sur le pilotage de la production proprement dite qui est la finalité première de l’installation. Cela est particulièrement intéressant pour une installation de production de charbon de bois. De manière générale, l’invention peut être mise en œuvre dans toute installation qui produit de la chaleur excédentaire dont on veut récupérer les bénéfices directement pour l’installation, sans ajouter des équipements coûteux et sensibles. Par exemple, la solution de récupération de chaleur selon l’invention peut s’appliquer avantageusement à une installation de pyrolyse lente, dans laquelle les fumées extraites du foyer peuvent contenir des polluants à même de dégrader les performances d’un échangeur de température (poussières, goudrons, …). Une installation selon l’invention peut être mise en œuvre lorsqu’on souhaite utiliser la chaleur fatale d’un procédé d’incinération, sans perturber le fonctionnement de l’incinérateur. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée, faite à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures suivantes. la est une vue schématique d’une installation avec un système de récupération de chaleur fatale évacuée dans les rejets gazeux, selon l’état de l’art. la est une vue schématique d’une installation avec un système de récupération de chaleur fatale évacuée dans les rejets gazeux, selon l’invention. la est une vue schématique d’un mode de réalisation avantageux de la partie aval d’un système de récupération de chaleur selon l’invention. la est une vue schématique d’une variante de réalisation avantageuse de la partie aval d’un système de récupération de chaleur selon l’invention. Description détaillée Dans l’ensemble de la présente demande, les termes « entrée », «sortie », «aval », « amont», sont à comprendre par référence par rapport au sens de circulation des flux gazeux au sein d’une installation selon l’invention. La est relative à un exemple d’installation à foyer avec un système de récupération de chaleur des rejets gazeux selon l’état de l’art. Cette a déjà été commentée en préambule et ne l’est donc pas ci-après. Par souci de clarté, les mêmes références désignant les mêmes éléments selon l’état de l’art et selon l’invention sont utilisées pour toutes les figures 1 à 4. On a illustré à la , une installation 1 à foyer 10 émettant des rejets gazeux chauds avec un système 2 de récupération de chaleur selon l’invention. Les rejet gazeux chauds peuvent être un mélange des composés suivants CO2, H2O, CO, O2, N2, poussières, COV… Un premier ventilateur d’aspiration 5 est relié au foyer 10 par une ligne fluidique de sortie 12. Ce premier ventilateur 5 a pour fonction de créer une dépression dans le foyer 10 de sorte à évacuer les rejets gazeux chaud émis par le foyer dans la ligne de sortie 12. Le système 2 de récupération de chaleur comprend tout d’abord au moins un élément à chauffer 20 dont l’entrée est alimentée en gaz chauds par une ligne fluidique d’alimentation 21 reliée à l’entrée de l’élément à chauffer et la sortie est reliée à un deuxième ventilateur d’aspiration 6 par une ligne fluidique de sortie 22. Ce deuxième ventilateur d’aspiration 6, distinct du premier ventilateur 5, a pour fonction de créer une dépression dans la ligne de sortie 22. La ligne d’alimentation 21 de l’élément à chauffer est agencée pour récupérer une partie des rejets gazeux en aval du premier ventilateur 5 sans être reliée à la ligne de sortie 12 du foyer, de telle sorte que l’aspiration générée par le deuxième ventilateur 6 ne génère pas de variations de pression dans la ligne de sortie 12. Autrement dit, comme montré en , on crée en aval des ventilateurs d’aspiration 5, 6 une chambre 40 de séparation des flux gazeux, qui est avantageusement délimitée au sein de la cheminée 4 de l’installation. Cette chambre 40 permet donc de récupérer les flux gazeux amont de manière indépendante l’un de l’autre. En cas de surpression de l’amont ou de dépression de l’aval, les lignes respectivement de sortie 12 du foyer et d’alimentation 11 de l’élément à chauffer n’étant pas reliées, cela n’entraîne pas de perturbation au niveau du foyer de l’installation. Plus précisément, comme montré en , la sortie du premier ventilateur 5 est reliée à un premier conduit 41 débouchant dans la chambre 40, tandis que la sortie du deuxième ventilateur 6 est reliée à un deuxième conduit 42 débouchant dans la chambre 40. Le deuxième conduit 42 est distinct du premier conduit 41. En outre, la ligne d’alimentation 21 de l’élément à chauffer débouche dans la chambre 40, à distance du premier conduit 41, de sorte à récupérer la partie des rejets gazeux. La illustre une variante avantageuse qui permet de réguler la pression dans la chambre 40. Ainsi, un troisième conduit 43 est agencé avec son entrée qui débouche dans le deuxième conduit 42 et sa sortie qui débouche dans la chambre 40, de préférence à proximité de l’entrée de la ligne d’alimentation 21. Une vanne de régulation 25 est agencée dans le troisième conduit 43, la commande de la vanne de régulation étant asservie à la mesure de la pression (P3) au sein de la chambre. Ainsi, si la pression P1 au sein de la ligne d’alimentation 21 de l’élément à chauffer 20 est inférieure à la pression P2 en sortie du premier ventilateur 5, alors la pression P3 au sein de la chambre 40 est supérieure à une valeur de consigne, et le surplus des gaz chauds est rejeté dans la cheminée 4. Au contraire, si la pression P1 au sein de la ligne d’alimentation 21 de l’élément à chauffer 20 est supérieure à la pression P2 en sortie du premier ventilateur 5, alors la chambre 40 est en dépression et la vanne 25 s’ouvre pour augmenter la pression P3 au sein de la chambre 40 et ainsi la stabiliser. Grâce au système, on peut récupérer 100% de la chaleur du foyer, la pression dans la chambre est maintenue par la vanne 25, et si la vanne 25 est ouverte à 100%, le flux montant de la cheminée peut s’inverser. On peut aussi récupérer 0% de la chaleur du foyer, avec la vanne 25 fermée, ce qui implique que tout le flux monte dans la cheminée. Ainsi, la gamme de récupération du flux chaud qu’il est possible d’obtenir avec un système tel que décrit va de 0 à 100%. L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées. D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention. Installation (1) comprenant : un foyer (10) émettant des rejets gazeux chauds ; une ligne fluidique de sortie (12) reliée au foyer ; un premier ventilateur d’aspiration (5) pour créer une dépression dans le foyer de sorte à évacuer les rejets gazeux chauds émis par le foyer dans la ligne de sortie ; un système (2) de récupération de chaleur fatale évacuée par les rejets gazeux comprenant : au moins un élément à chauffer (20), une ligne fluidique d’alimentation (21) reliée à l’entrée de l’élément à chauffer, une ligne fluidique de sortie (22) reliée à la sortie de l’élément à chauffer, un deuxième ventilateur d’aspiration (6), distinct du premier ventilateur, pour créer une dépression dans la ligne de sortie de l’élément à chauffer, la ligne d’alimentation de l’élément à chauffer étant agencée pour récupérer une partie des rejets gazeux en aval du premier ventilateur d’aspiration sans être reliée à la ligne de sortie du foyer, de telle sorte que l’aspiration générée par le deuxième ventilateur ne génère pas de variations de pression dans la ligne de sortie du foyer. Installation (1) selon la revendication 1, la sortie du premier ventilateur (5) étant reliée à un premier conduit (41) débouchant dans une chambre (40), tandis que la sortie du deuxième ventilateur (6) est reliée à un deuxième conduit (42) débouchant dans la chambre (40), le deuxième conduit étant distinct du premier conduit. Installation (1) selon la revendication 2, la ligne d’alimentation (21) de l’élément à chauffer étant débouchante dans la chambre, à distance du premier conduit (41), de sorte à récupérer la partie des rejets gazeux. Installation (1) selon la revendication 2 ou 3, comprenant un troisième conduit (43) dont l’entrée débouche dans le deuxième conduit et la sortie débouche dans la chambre (40), de préférence à proximité de l’entrée de la ligne d’alimentation , une vanne de régulation (25) étant agencée dans le troisième conduit, la commande de la vanne de régulation étant asservie à la mesure de la pression (P3) dans la chambre, de sorte à stabiliser ladite pression. Installation (1) selon l’une des revendications 2 à 5, la chambre étant délimitée au sein de la cheminée (4) de l’installation. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant plusieurs éléments à chauffer. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le ou les éléments à chauffer étant choisi parmi un panier de bois, de la luzerne, de la paille, des déchets agricoles humides. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, la température des rejets gazeux chauds évacués du foyer étant comprise 600°C à 1200°C. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le débit des rejets gazeux chauds étant compris entre 100m 3 /h et 2000m 3 /h. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, constituant une installation de pyrolyse, notamment une installation de production de charbon de bois.