Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
L'inv~ntion a pour objet un foyer de
combustion pour chaudiere ~ lit fluidisé de combustible
solide, utilisable industriellement ~ toutes fins
souhaitées : production de vapeur, d'eau chaude, de gaz
chauds, etc...
Avec les chaudières connues ~ lit fluidis~,
on rencontre des dificultés ~ en faire varier la puis-
sance thermique en conservant des conditions optimales
de fonctionnement. En agissant sur le débit du combustible
fourni au f~yer et sur le débit de l'air comburant, on
n'obtient une variation que dans le rapport de 1 à 2
environ. Au-delà de ce rapport, les conditions de fonc-
tionnement ne sont plus satisfaisantes. Avec des débits
d'air élevés la perte de charge ~ travers la grille
devient prohibitive ; avec des débits d'air faibles, on
constate une mauvaise répartition de l'air de 1uidisation
et, par conséquent, une fluidisation de mauvaise qualit~.
Le brevet rançais n B2 00815 décri-t un
foyer à lit fluidisé dans lequel on utilise une solution
particulière qui rend possible le réglage dans un rapport
supérieur à 2 de la quantité de combustible brûlé. Cette
solution consiste à se servir d'une grille de fluidisa-
tion de conception spéciale dans laquelle il existe deux
circuits distincts de soufflage de gaz ; l'un de ces
circuits appelé circuit de gaz de traitement a ses orifices
de sortie qui sont situés ~ un niveau sup~rieur à celui
des orifices du circuit du gaz de fluidisation. Le régla-
ge rendu possible ~ l'aide de cette solution n'est pas
parfait en toutes circonstances. Aux grandes vitesses de
l'air qui sont associées à un fort débit de combustible
brûlé, la température s1~lève trop à l'intérieur du lit en
raison d'une évacuation insuffisante des calories produites;
en outre, une partie non négligeable du combustible est
entraînée hors du lit, sans ~tre brûlée.
Il est connu, par ailleurs, de placer dans
.
t37~3~
un lit fluidisé des tubes d'un échangeur de chaleur, mais
ces tubes sont le plus souvent disposes horizontalement,
sensiblement dans une 20ne située au voisinage de la partie
supérieure du lit. On fait fl.uctuer cette zone en agissant
sur la vitesse du gaz de fluidisation, ain que les tubes
de l'echangeur de chaleur se trouvent plonges dans le lit
de manière plus ou moins complète, le coefficient d'echange
de chaleur étant beaucoup plus elevé ~ l'intérieur du lit
qu'en dehors du lit.
L'invention a pour but principal de parvenir
a une autre solution permettant le réglage dans un rapport
elevé de la puissance d'un foyer de combustion en lit
fluidisé, tout en conservant des conditions satisfaisantes
de fonct10nnement, c'est-à-dire ne permettant pas une élé-
vation excessive de la température du lit fluidisé ni une
perte importante de produits non brûlés aux vitesses ~levees
de l'air comburant.
A partir d'un foyer de combustion en lit
fluidisé limlt~ par une paroi latérale et par une gril.le de
fluidisation, l'invention prévoit l'emploi d'un echangeur
de chaleur ayant au moins un faisceau de tubes, mais, selon
l'invention, ces tubes ont une disposition plus ou moins
inclinée pouvant devenir substantiellement verticale pour
slétendre en sens vertical au moins entre le niveau le plus
bas et le niveau le plus haut du lit fluidisé en fonction
des conditions extremes de fonctionnement , en outre, ce
ou c~s faisceaux de tubes sont combinés à des injecteurs
d'air secondaire s'ouvrant à la partie suparieure du foyer
de combustion et dirigés vers la zone centrale de ce dernier.
Selon une première variante de realisation
de l'invention, les tubes ou les faisceaux de tubes sont
répartis dans l'ensemble du volume du foyer, principalement
quand il s'agit de foyers importants.
Selon une seconde variante de réalisation
. .
de l'invention, les tubes ou les faisceaux de tubes sont
`` ~1.~7~'7'U~;
disposés sur la paroi laterale ou au voisinage de la paroi
latérale du foyer, principalement quand il s'agit de foyers
relativement peu importants, comme celui de petites chau-
dières ou de chaudières petites ou moyennes pour combustibles
~; 5 relativement cendreux.
De préférence, les injecteurs d'air secon-
daire sont placés à la periphérie du foyer, a un niveau
supérieur au niveau le plus ~levé atteint par le ou les
faisceaux de tubes. Les jets d'air secondaire sont diriges
vers la zone centrale du foyer dans un angle compris entre
15 et 75 par rapport ~ la vert~cale, le débit total de
ces jets étant compris entre 5 % et 10 % du débit total de
l'air introduit dans le foyer.
L'invention est u~ilisable avec une grille de
fluidisation d'un type quelconque, à partir du moment où
les tubes inclinés ou verticaux peuvent y être dispos~s. En
particulier, l'invention est utilisable avec une grille de
fluldisation de conception spéciale ~ deux circuits dis-
tincts et 3 deux niveaux étagés des orifices de soufflage
20 comme decrit dans le document n 82 00815 précité.
On donnera maintenant, sans intention limita-
tive et sans exclure aucune variante équivalente, une descrip-
tion d'un exemple de réalisation d'un foyer de combustion .
On se reportera à la figure unique annexée qui est une vue
en coupe par un plan vertical du foyer, conforme ~ l'inven-
tion, d'une chaudière à vapeur dont les autres parties, non
concernées par l'invention, ne sont pas représentées.
L'exemple décrit ici est celui d'une réalisa-
tion relativement complexe, choisie volontairement pour
montrer que l'invention est compatible avec divers moyens
connus de perfectionnement d'un foyer.
~ e foyer représenté a une paroi latérale 1
entourant une grille de fluidisation carrée 2. Celle-ci est
du type à deux circuits distincts 3, 4 de soufflage, ali-
ment~s tous deux en air puisqu'il s'agit uniquement d'un
foyer de ~ombustion d'un combus-tible solide.
Le premier circuit 3 se termine par des
orifices 3~ ouverts vers le haut dans la face superieure de
la grille de fluidisation 2; le second circuit 4 se termine
par des orifices 4A ouverts horizontalement au sommet de
tubulures verticales 4B ~ui s'étendent vers le haut à partir
de la face superieure de la grille 2, entre les orifices 3A
du premier circuit 3. On trouvera une description détaillee
de cette grille de fluidisation dans le document n 82 00815
déja cité.
I1 est entendu cependant ~ue l'emploi d'une
grille de fluidisation d'un autre type, c'est~à-dire ayant,
par exemple, un seul circuit de soufflage d'air alimentant
les orifices 3A, est possible dans le cadre de l'invention.
La paroi latérale 1 limite avec la grille de
fluidisation 2 un volume 5 ayant une zone centrale 6. Selon
l'invention des tubes 7, 8 sont disposés verticalement dans
le volume 5. Ils pourraient etre répartis également dans
l'ensemble du volume 5; dans cet exemple, ils sont situes sur
deux rangs parallèles et disposés en quinconce proches de la
paroi latérale 1, de sorte que la zone cantrale 6 reste
dégagee. Sur la figure, on a représenté seulement les tubes
7, 8 qui sont proches du plan de coupe vertical et on a omis
ceux qui en sont plus éloignés, pour la clarté du dessin.
Les tubes 7 constituent un premier faisceau et les tubes 8
constituent un second faisceau d'un échangeur de chaleur. A
leur extrémité inférieure, ils sont raccordes à un collecteur
9 d'arrivée d'un fluide de transfert de calories et à leur
extrémite supérieure ils sont raccordes à un collecteur 10
d'évacuation de ce fluide.
Au-dessus du niveau atteint par les tubes 7, 8
et le collecteur d'évacuation 10, est disposée, à proximité
de la paroi latérale 1, sur la périphérie du foyer, une rampe
11, mise dans un plan horizontal, pourvue d'injec-
teurs d'air 12. Ces derniers sont r~partis ~galement lelong de la rampe 11 et ils sont dirigés vers la zone centrale
6 du foyer en faisant un angle a avec la verticale. Les
injecteurs d'air 1~ pourraient être montés individuellement
S sur la paroi latérale 1 et êtr~ aliment~s ind~viduellement
en air ; en var~ante encore }a rampe 11 pourrait etre placée
~ l'exterieur de la parol lat~rale et raccordée à travers
celle-ci ~ chaque injecteur 12. De toute fa~on, les injec-
teurs 12 sont determinés et répartis pour diriger vers la
zone centrale du foyer, de maniere equilibrée, un débit
total d'air secondaire compris entre 5 % et 20 ~ du débit
d'air total introduit dans le foyer.
L'angle a d'inclinaison des injecteurs d'air
12 n~a pas une valeur précise crltique ; il peut etre choisi
entre 15 et 75 par rapport ~ la verticale, une valeur
préférée étant de 60 environ.
Selon un mode de realisation de l'invent.:ion,
les injecteurs d'air 12 sont mobiles en direction, de maniare
que l'angle d'inclinaison a puisse ~tre mod.ifi~ en fonction
de la charge du lit. Selon une variante, on prévolt un
réglage automat:Lque de cet angle, sa valeur augmentant
mesure que le niveau du lit fluidisé s'él~ve.
En fonction du débit d'air total soufflé à
travers la grille de fluidisation 2, le lit fluidisé a un
niveau inférieur 13 dessiné en trait plein, en correspondance
avec la puissance thermique la plus faible obtenue du
foyer et un nlveau supérieur 14 dessiné en trait mixte, en
correspondance avec la puissance thermique la plus élevée
obtenue du foyer.
~es tubes 7,8 de l'échangeur de chaleur s'éten-
dent en sens vertical sensiblement a partir de la grille de
fluidisation 2 jus~u'au dessus du niveau supérieur 14 du lit
fluidise. Dans ce dern~er état de fonctionnement, ~ la
puissance maximum du foyer, les tubes 7, 8 sont immergés
com-platement--dans le lit fluidisé ; ils ont alors leur pleine
efficacité de soustraction de calories.
On notera qu'il n'est pas nécessaire que les
tubes 7, 8 soient strictement verticaux pour que ce r~sultat
soit obtenu ; ils peuvent etre inclines sur la verticale ;
S ils peuvent aussi avoir une apparence autre que rectiligne.
L'important est que, dans la direction verticale, les tubes
7, 8 s'étendent de façon continue au moins ~ partir du
niveau inf~rieur 13 du lit fluidis~ et de pré~érence
partir de la grille de fluidisation 2 jusqu'au niveau
supérieur 14 du lit fluidise.
Selon une variante de r~alisation de l'invention,
le collecteur 10 peut être supprime et les tubes 7, 8
peuvent être direotement reli~s aux tubes de refroidisse-
ment 15 qui garnissent la paroi de la chambre de rayonne-
men~ et de convection 16 placee au-dessus de la chambre de
fluidisation ainsi qu'il est connu.
L'exemple d~crit ici montre que l'invention es-t
compatible avec l'utilisation, connue en soi, d'un échangeur
de chaleur ~ tubes horizontaux 17 qui sont disposés au
voisinage du niveau inf~rieur 13 du lit fluidisé. Comme
il est connu en soi, il est posslble de prevoir, en plus
du dispositif d'alimentation en combustible solide (non
représenté), un circuit 18 de recyclage de matieres inertes,
par exemple de cendres.
Pendant le fonctionnement, ~ mesure que la
puissance, Gl est-à-dire le debit de combustible brûlé et
le débit d'air comburant, augmente, le niveau du lit fluidi-
se 2 s'elève en même temps que se developpe une zone turbu-
lente dense de sorte que les tubes 7, 8 ont, simultanement,
une efficacite croissante. En même temps, les jets d'air
sortant par les injecteurs d'alr 12 ameliorent la combus-
tion dans la partie du lit fluidise situee au-dessous de la
rampe et modifient les courants de circulation ~ l'intérieur
de celle-ci. En particulier, les jets d'air emis par les
injecteurs d'air 12 maintiennent plus longtemps les parti-
7~
cules solides 3 l'intérieur du foyer et diminuent l'impor-
tance de la fraction des particules solides incomp1ètement
: brQlées qui s'~chappent prématur~ment du foyer.
Il se produit ainsi simultanement un confine-
men-t de la zone de combustion et une augmentation de la
zone du foyer dans laquelle la com~ustion en particules
est suffisante pour permettre un échange thermique avec
des coefficients de transfert voisin de ceux qu'on observe
en lit fluidisé dense.
. On a constaté, en pratique, que les moyens
combin~s apportés par l'invention permettent de maintenir
dans le foyer une température comprise entre 850 et 950C
quand la puissance est modifiée dans le rapport de 1 à 4,
par exemple par une variation de 1 m/s ~ 4 m/s de la
vltesse des ~a~ qui traversent le llt fluidise.
