LU84285A1 - Procede et dispositif pour la combustion de combustibles solides - Google Patents

Description

- 1 - L’invention a pour objet un procédé et un dispositif pour la combustion de combustibles solides dans le foyer d’une chaudière travaillant selon le principe de la provision accu-• mulée, les gaz de combustion étant évacués vers une cheminée.

La combustion est une réaction d'équilibre dans laquelle la concentration, la température et le temps sont les paramètres essentiels qui déterminent le produit final. En outre la combustion exige une grande liberté des molécules ce qui signifie que le combustible solide doit d'abord passer dans la phase gazeuse. En partant du principe des provisions constituées dans une grande partie des chaudières pour combustibles v solides, une combustion complète est pratiquement impossible, ce qui est un grand inconvénient du point de vue du rendement, de l'environnement et la sécurité contre les incendies. En particulier, la provision de combustible solide dans la chaudière a pour conséquence qu'il est impossible, à l'exception de la quantité d'air comburant, de régler les concentrations dans le foyer. ^

Cependant la quantité d'air comburant est habituellement insuffisante par rapport aux gaz combustibles produits; la plupart du temps on peut parler d'une combustion étouffée, entretenue pour maîtriser la production de chaleur. En outre la , température dans la chambre de combustion est abaissée par la -v · provision et plus particulièrement par le caractère discontinu de l'alimentation et le taux d'humidité des combustibles.

L'insuffisance d'air comburant et/ou une température trop basse rendent difficiles l'inflammation et la combustion des gaz de combustion produits de sorte qu'une quantité importante de. combustible, en particulier d'hydrocarbure et d'oxyde de carbone, s'échappe du foyer. Ces substances se déposent sur des surfaces relativement froides ou sont évacuées par la cheminée et polluent l'environnement. Les dépôts sous forme de suie et de goudron sur les parois de la chambre de combustion ou d'un - 2 - refroidisseur des gaz de combustion diminuent le rendement et donc la capacité de la chaudière. Il s'est avéré qu'une couche de suie d'un millimètre d'épaisseur sur les surfaces échangeuses de chaleur de la chaudière diminue le rendement de chauffe de 5 %· Dans la cheminée, ces dépôts augmentent le risque d'incendie, en particulier lorsqu'on chauffe à plein avec des matériaux bien combustibles. En outre il se peut que les gaz d'échappement s'enflamment dans la cheminée par un effet de post-combustion. La plupart des cheminées résistent à la combustion de dépôts, mais rares sont les cheminées pou- · vant supporter les températures élevées résultant de la postcombustion.

' Il a déjà été proposé antérieurement de favoriser la combustion des gaz de combustion engendrés par une alimentation d'air secondaire du côté supérieur de la chambre de combustion. L'air primaire, normalement amené vers le foyer, règle alors toujours la production de chaleur. Indépendamment de ce réglage, l'air secondaire assure l'excès de comburant nécessa. La conséquence en est une combustion améliorée et, dans cartel· cas, même complète lorsque la température des gaz combustible.' est suffisamment élevée. Cependant lorsque la température est trop basse, le gaz de combustion sont chassés très vite par l'action de balayage de l'air secondaire.

, Selon une autre proposition de l'art antérieur, les . . de combustion sont maintenus plus longtemps dans la chambre cl· combustion. On peut penser à une chambre de combustion agranc' par rapport à la capacité, à une chambre de combustion secondaire et à des chambres de combustion présentant une résista., accrue à l'évacuation des gaz de fumée. Ces mesures n'ont pa. donné des résultats satisfaisants. En effet, bien qu'une comt. stion lente soit plus complète, la combustion est rendue plu: difficile par la perte de chaleur à travers la surface suppl mentaire.

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En dehors de cette action directe sur la combustion, on a tenté de traiter les gaz de fumée combustibles après leur échappement de la chambre de combustion. Parmi les mesures indirectes de ce genre, il convient de mentionner la combustion thermique, l'oxydation au moyen d'un catalyseur et la filtration. On peut de cette façon diminuer fortement l'éjection de matériaux combustibles, mais les frais sont tris élevés.

En particulier, on peut à ce sujet mentionner l'emploi d'un catalyseur étant donné que l'état de la technique subit actuellement de grands changements dans ce domaine. Un catalyseur d'oxydation diminue l'énergie requise pour la combustion; tout se passe alors comme si la combustion avait lieu à une température plus basse. Il s'est avéré cependant que l'application d'un lit fixe d'un catalyseur formé par un métal non noble sur un support céramique, immédiatement derrière la chambre de combustion, ne donne pas le résultat désiré. Bien qu'on puisse constater une amélioration, la température des gaz de combustion semble encore trop basse. Il n'est pas impensable que de meilleurs catalyseurs seront disponibles à l'avenir.

Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients précités et de fournir un procédé simple et fiable qui assure une combustion complète de combustibles solides.

Selon l'invention, ce but est atteint par une circulation des gaz de combustion à contre-courant de la chaleur à - travers le foy.er afin de chauffer ces gaz jusqu'à leur tempé rature d'inflammation.

L'application de cette mesure entraîne une inflammation spontanée des composés combustibles contenus dans les gaz de combustion; il en résulte une augmentation du rendement et de la capacité de la chaudière dans presque toutes les conditions de chauffage grâce à une combustion complète du combustible solide. L'invention permet donc d'utiliser des combustibles solides au sens le plus large du mot, de petites particules carbonisées, qui .tombent vers le bas, pouvant achever leur combustion sous le foyer. On peut régler la production de chaleur de la chaudière en agissant sur les variables dépendantes ί .

- ϋ - suivantes: L'alimentation en air comburant, les dimensions de la surface du foyer et le degré de tirage dans la cheminée.

De préférence, on prévoit entre le foyer et la cheminée un espace de dimensions telles que la durée de séjour des gaz de combustion y suffit pour assurer une combustion complété. Cette durée de séjour est de deux secondes .au plus.

En fonction de la nature du combustible solide, l'air secondaire, préchauffé ou non, est de préférence amené audit espace situé entre le foyer et la cheminée.

Il est en outre avantageux de placer le foyer au moins en partie sur une construction munie d'orifices, ladite construction pouvant être soumise à un refroidissement ou à un chauffage forcé. Cette construction est ce préférence amovible.

Selon une autre variante préférentielle, l'alimentation de l'air primaire, le cas échéant préchauffé, a lieu dans l'espace situé au-dessus du foyer.

En outre il est avantageux d'amener les gaz de combustior vers la cheminée sous l'effet d'une dépression produite par le tirage, naturel ou artificiel, de la cheminée.

Le cheminement des gaz de combustion vers la cheminée peut alors être mis à profit au moyen de surfaces chauffantes supplémentaires.

L'invention a également pour objet un dispositif pour * · la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et comprenant une chaudière avec une grille, formant table de foyer ainsi qu'une cheminée pour l'évacuation des gaz de combustion formés.

Selon l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce que l'espace au-dessus de la grille est relié à la cheminée par 1'intermédiaire d'un espace situé au-dessous de la grille.

De préférence, l'espace situé sous la grille et reliant celle-ci à la cheminée, possède des dimensions telles que la durée de séjour des gaz de combustion y est suffisante pour assurer une combustion complète.

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Selon une variante préférentielle, ledit espace est muni de moyens pour l'alimentation en air secondaire, avantageusement combinés avec des moyens destinés au préchauffage de l'air secondaire.

Selon une autre variante préférée, la grille comporte au moins en partie des orifices, la partie de la grille munie d'orifices comprenant des moyens pour en assurer le refroidissement et/ou 1'échauffement forcés ainsique des moyens d'agitation,

De préférence l'espace situé au-dessus de la grille comporte des moyens pour l'alimentation en air primaire ainsi que des moyens destinés au préchauffage de l'air primaire.

L'invention sera maintenant illustrée par référence aux dessins joints, où - fig. 1 représente une coupe de la chaudière pour combustibles solides selon l'invention, - fig. 2 montre un détail de la chaudière selon fig. 1, incorporant un catalyseur, - fig. 3 est une section selon la ligne III-III de la figf 1, - fig. 4 est une section selon la ligne IV-IV de la fig. 1, - fig. 5 représente une section selon la ligne V-V de la fig. 2.

De façon typique, la chaudière pour combustibles solide! comprend une chambre de combustion 10, entourée d'une chemise d'eau 11 et d’une isolation 12. L'alimentation en air est réglée au moyen des clapets 14 et 15 montés dans la porte 13, alors que les gaz de fumée sont évacués via un raccord de cheminée 16, comprenant un régulateur de tirage 17-. Ainsi qu'il ressort de la fig. 1, le passage direct de la chambre de combustion 10 vers le raccord de cheminée 16 est coupé par une plaque 22. L'espace compris entre ladite plaque 22 et la paroi arrière 24 de la cheminée peut servir à fournir des surfaces d'échange de chaleur supplémentaire et comporte alors des- nervures 23. Du côté inférieur de la cheminée se trouve une grille comportant une parti; ouverte 18 et des parties orbes 19 et 20. La partie orbe 20 de droite se raccorde à la plaque 22, de sorte que les vapeurs et I ,- - 6 - gaz dégagés peuvent s’ échapper de la chambre de combustion vers la cheminée en passant par la grille ouverte. La partie I orbe présente une longueur telle que les imbrûlés ont le temps de brûler sans refroidissement notable. L’amenée d’air secondaire vers l’espace situe sous la grille est possible grâce à des orifices pratiques dans la plaque 21 qui délimite à gauche l’espace situé sous la grille.

Pour démarrer, on forme sur la grille 18 un lit de braise au moyen d’une quantité réduite de combustible. Pour assurer un bon fonctionnement, il importe que la grille soit entièrement couverte de braise. La chaudière peut ensuite être chargée de combustible. Au contact de la braise, les combustibles passent à l’état gazeux sous l'effet de l’intense chaleur. Seule une partie des vapeurs et gaz dégagés brûlera immédiatement, le reste n'atteignant pas encore la température d’inflammation.

Par suite du tirage de la cheminée, toutes les substances gazeuse seront évacuées de la chambre de combustion par aspiration à travers le lit de braise, ce qui rend possible une combustion pratiquement complète.

Dans le cas de conditions de combustion extrêmement défavorables ou dans le cas de matériaux difficilement combustibles (traverses, caoutchouc etc.) on peut améliorer la combustion en incorporant le catalyseur susmentionné 25 au début de la partie orbe 20. On utilise avantageusement un dispositif à lit solide pour réduire la perte de charge au minimum de sorte que le tirage naturel de la cheminée suffit. L’excès requis d’air (tertiaire) est assuré à travers une tube 26.

Claims (27)

1. Procédé de combustion de combustibles solides dans une chaudière travaillant selon le principe de la provision accumulée, les gaz de combustion étant évacués vers une cheminée, caractérisé en ce que les gaz de combustion, à contre-courant de la chaleur, sont conduits à travers le foyer de la chaudière afin de les chauffer jusqu'à leur température d’inflammation,

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'entre le foyer et la cheminée on procure un espace de dimensions telles que le temps de séjour des gaz combustibles est suffisant pour assurer une combustion complète. «

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le temps de séjour est de deux secondes au plus.

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que l'air secondaire est amené à l’espace compris entre le foyer et la cheminée.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'xin utilise de l’air secondaire préchauffé.

6. Procédé selon l’une des revendications 2-5, caractérisé en ce qu’un lit de catalyseur est monté dans l’espace compris entre le foyer et la cheminée.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le lit de catalyseur est agité.

8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractéris en ce que le foyer comprend un lit de braise, reposant au moins en partie sur une construction munie d’orifices.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la construction munie d’orifices est soumise à un refroidissement forcé.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la construction munie d’orifices est soumise à un chauffage forcé - δ -

11. Procédé selon l'une des revendications 8-10, caractérisé \ en ce que la construction munie d'orifices est mobile et amovible.

12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'air primaire est amené à l'espace situé au-dessus du foyer.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ί l'amenée de l'air primaire se fait par circulation forcée.

14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce ί „ que l'air primaire est préchauffé.

15. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les gaz de combustion sont évacués vers la cheminée sous l'effet d'une dépression produite par le tirage de ladite cheminée.

16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le ; tirage de la cheminée est artificiel.

17. Procédé selon l'une des revendication 2-16, caractérisé en ce qu'on profite du passage des gaz de combustion vers la .chemin« pour procurer des surfaces d'échange de chaleur supplémentair«

18. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dimensions de la surfaces du foyer sont modifiées pour régler la production de chaleur de la cheminée, • 19. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la reven dication 1, comprenant une chaudière, une grille de foyer et une cheminée pour l'évacuation des gaz de combustion dégagés, caractérisé en ce que l'espace situé au-dessus de la grille Îest relié à la cheminée par l'intermédiaire d'un espace situé au-dessous de la grille.

20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'espace situé sous la grille et s'étendant vers la cheminée possède des dimensions telles que le temps de séjour des gaz de combustion y est suffisante pour assurer une combustion coi plète desdits gaz. - 5 -

21. Dispositif selon la revendication 19 ou 20, caractérisé en ce que l’espace situé sous le niveau de la grille comporte des moyens pour l'alimentation en air secondaire.

22. Dispositif selon la revendication 21, caractérisé en ce que les moyens pour l’alimentation de l'air secondaire sont combinés avec des moyens pour le préchauffage dudit air secondaire .

23. Dispositif selon l’une des revendications 19-21, caractérisé en ce que la grille est au moins en partie munie d’orifices. 2b, Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que 1î partie de la grille munie d’orifices comprend des moyens destinés à en assurer le refroidissement forcé.

25. Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que la partie de la grille munie d’orifices comprend des moyens destinés à en assurer le chauffage.

26. Dispositif selon l'une des revendications 23-25, caractérisé en ce que la partie de la grille munie d’orifices comprend des moyens destinés à en assurer le mouvement.

27. Dispositif selon l’une des revendications 19-26, caractérisé en ce que l’espace situé au-dessus de la grille est muni de moyens pour l’alimentation en air primaire.

28. Dispositif selon la revendication 27, caractérisé en ce que 1< moyens pour l’alimentation en air primaire sont combinés avec des moyens pour le préchauffage dudit air primaire.

29. Dispositif selon l’une des revendications 19-28, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens destinés à modifier les dimensions de la surface du foyer. \