EP3819543A1 - Procédé de régulation d'une installation de combustion, ainsi qu'installation de combustion correspondante - Google Patents

Procédé de régulation d'une installation de combustion, ainsi qu'installation de combustion correspondante Download PDF

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EP3819543A1
EP3819543A1 EP20205820.2A EP20205820A EP3819543A1 EP 3819543 A1 EP3819543 A1 EP 3819543A1 EP 20205820 A EP20205820 A EP 20205820A EP 3819543 A1 EP3819543 A1 EP 3819543A1
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EP
European Patent Office
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combustion
primary
primary air
solid fuels
zone
Prior art date
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Pending
Application number
EP20205820.2A
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German (de)
English (en)
Inventor
Michel ASSILO
Louis Ricci
Frank Tabaries
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CNIM Environnement et Energie Services SAS
Original Assignee
CNIM Environnement et Energie Services SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by CNIM Environnement et Energie Services SAS filed Critical CNIM Environnement et Energie Services SAS
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    • F23N2229/20—Camera viewing

Definitions

  • the present invention relates to a method for regulating a combustion installation. It also relates to a combustion installation.
  • the invention relates in particular to combustion installations integrated into a boiler which transfers the heat released by combustion to a heat transfer fluid, generally water.
  • the combustion plants concerned use, as fuels, household or industrial waste, hazardous waste, biomass or similar solid materials, which, more generally, corresponds to solid fuels, in particular inhomogeneous in time and space.
  • solid fuels considered here typically form a material flow, the exact composition of which is both inhomogeneous at a given instant and liable to vary over time.
  • the solid fuels are introduced into a combustion chamber in order to undergo combustion therein, called primary combustion, in the presence of air, called primary air, this primary combustion leading to the fact that, on the one hand, the the non-volatile part of the solid fuels is burned entirely, except for particulate unburnt particles, and, on the other hand, the volatile part of the solid fuels, released during the heating of the latter and the combustion of their non-volatile part, or partially burned.
  • This primary combustion can in particular be carried out on a grate, which delimits the combustion chamber downwards and on which the solid fuels are loaded to undergo the primary combustion therein, while the primary air is admitted under the grate before passing through this last to enter the combustion chamber and thus reach the solid fuels.
  • secondary air consisting of air and / or recirculated fumes
  • Solid fuels of the waste or biomass type are characterized by a strong heterogeneity both in size of the solid fragments composing them, in composition and in humidity.
  • This strong heterogeneity entails, at the same time, a strong disparity, in time and in space, for the physicochemical properties of combustion relating to these solid fuels, such as their calorific value, their stoichiometric need for air, their kinetics. combustion, etc., and poor physical distribution of these solid fuels in the combustion chamber, in particular on the grate of the latter.
  • This heterogeneity often leads to the combustion being deliberately carried out with a large excess of air relative to the stoichiometric requirement, in order to limit unburnt material.
  • One of these techniques consists in regulating the total flow rate of the primary air as a function of the oxygen content in the fumes from the combustion installation.
  • the measurement of this oxygen content is carried out in the “cold” fumes, typically at the boiler outlet, to ensure the resistance over time of the measurement sensor.
  • the measurement of the oxygen content has a reaction time greater than half a minute, which significantly limits the regulation performance for the intake of the primary air.
  • this measurement of the oxygen content does not accurately reflect the heterogeneity of solid fuels.
  • the measurement of the oxygen content in the wet flue gases is affected by the dilution induced by the water vapor present in the flue gases, which depends on the humidity and the hydrogen content of the solid fuels.
  • the oxygen content can be measured on “dry” fumes, which requires taking and drying smoke samples before measuring the oxygen content.
  • the reaction time is then lengthened to allow this sampling and this drying to be carried out, typically of the order of twenty to forty additional seconds.
  • Another technique which can be combined with the previous one, consists in distributing the primary air by means of several boxes, which are arranged under the grille and which are each equipped, on their air inlet, with a flow adjustment member for control the primary air flow passing through the box.
  • the regulators thus make it possible to distribute the total flow of primary air between the respective outlets of the boxes.
  • the adjustment of the regulating members is often carried out only occasionally by an operator, for example depending on the power. average calorific value of solid fuels, determined over a long period of time, or as a function of a known change in the composition of solid fuels.
  • the distribution of the primary air by the boxes can be adjusted as a function of the infrared radiation emitted by the layer formed by the solid fuels in the combustion chamber.
  • This infrared radiation is measured by an infrared camera installed on the ceiling of the combustion chamber.
  • this infrared camera does not provide information on the effective temperature of the primary combustion of solid fuels, but only provides a partial indication of the temperature at the surface of the solid fuels. the whole of the solid fuel layer, this partial indication being furthermore disturbed by particles and dust, present vertically between the solid fuel layer and the infrared camera.
  • the total primary air flow is often voluntarily increased, to prevent the primary combustion from being incomplete.
  • WO 90/09552 proposes that the primary air flows supplying boxes distributed under a combustion grate be controlled as a function, among other things, of temperature measurements made in the combustion chamber by dedicated temperature sensors.
  • These temperature sensors are either infrared cameras, which observe the solid fuel bed over a large area, or individual infrared detectors, which are divided into groups according to areas of the grid. In all cases, the temperature measurements made by these detectors relate to the surface of the bed of solid fuels.
  • EP 1,489,355 also proposes to control the primary air flow according to various measurements, including temperature measurements from two temperature sensors.
  • the first sensor is arranged in the ceiling of the combustion chamber, pointing to the downstream end zone of the grate.
  • the second sensor is arranged downstream of the secondary air intake and measures the temperature of the gases resulting from the secondary combustion.
  • the aim of the present invention is to provide improved regulation of a solid fuel combustion installation, in order to control the primary combustion carried out in this installation.
  • the subject of the invention is a method for regulating a combustion installation, as defined in claim 1.
  • the subject of the invention is also a combustion installation, as defined in claim 10.
  • One of the ideas underlying the invention is to use one or more optical pyrometers, which, by definition, provide temperature measurements based on the intensity of the wavelengths emitted by a radiating body. These pyrometers are arranged laterally to the combustion chamber so as to measure a temperature of the primary combustion, by performing their measurement as close as possible to the solid fuels being burned in order to know the intensity of the radiation from the primary combustion, in in particular the radiation of the combustion gases at the time of their generation by the primary combustion and the radiation of the particles contained in these combustion gases.
  • the measurements provided by the or each pyrometer are representative, in real time, of the temperature of the primary combustion, in the sense that these measurements are instantaneous and integrate the thermal conditions on the optical path between the pyrometer and the solid fuels, in particular without be affected by contamination or wall effects.
  • the temperature thus measured by this or these pyrometers can be qualified as the radiative temperature of the primary combustion.
  • the invention also provides for using this radiative temperature to control the primary air flow and, advantageously, the distribution of this primary air flow in the combustion chamber.
  • this radiative temperature is an indicator close to the adiabatic temperature of the primary combustion, that is to say of the theoretical temperature for the primary combustion to be complete. , in the sense that, like the adiabatic temperature, the radiative temperature of the primary combustion is very sensitive to both the quantity of air consumed by the primary combustion and the quantity of fuel burned during the primary combustion.
  • the temperature measured by this pyrometer is an excellent indicator of the ratio between the quantity of solid fuels actually burned and the air flow rate effectively consumed in the zone of combustion.
  • the primary air flow admitted into the combustion chamber is regulated as a function of the temperature measurements provided by the pyrometer (s), in particular by comparison with a temperature setpoint, as explained in more detail below.
  • the invention provides for measuring the temperature of the primary combustion in several zones of the solid fuels, by respective pyrometers, and for adjusting the primary air flow rate zone by zone.
  • the invention allows to control in real time the admission of primary air into the combustion chamber so as to provide, advantageously zone by zone, the quantity of primary air necessary and sufficient for the primary combustion to be complete, in other words so as to optimizing, advantageously zone by zone, the ratio between the primary air admitted and the quantity of fuel burnt.
  • This control of primary combustion made possible by the invention, has many advantages, as detailed below.
  • the invention is applicable to combustion installations in the combustion chamber of which the solid fuels form either a fluidized bed or a moving bed on a grid.
  • the invention is of remarkable interest, in connection with the possibility of distributing the bed of solid fuels into several successive zones according to the direction of advance of the bed, as explained in more detail below.
  • FIG. 1 On the figure 1 is shown a combustion installation 1 suitable for burning solid fuels C.
  • the solid fuels C are in particular household or industrial waste, hazardous waste, biomass, or similar solid materials, that is to say, more generally, solids exhibiting heterogeneity in size, composition and / or in humidity, as mentioned in the introductory part of this document.
  • the combustion installation 1 typically belongs to a boiler which makes it possible to produce water vapor by using the heat of the fumes coming from the combustion installation.
  • the combustion chamber 10 is designed for, once the solid fuels C are loaded therein, to allow these solid fuels C to stay for a time necessary, typically several minutes, to carry out the primary combustion. During their primary combustion, the solid fuels C generate gases which, in the immediate vicinity of the solid fuels C, are referenced G on the figure 1 .
  • the combustion chamber 10 is designed to channel these gases, up to their exit from the combustion chamber 10 from which escape fumes F circulating in the equipment of the boiler, such as heat exchangers.
  • the combustion chamber 10 is provided to admit therein a secondary air S, consisting of air and / or recirculated fumes.
  • a secondary air S consisting of air and / or recirculated fumes.
  • the admission of the secondary air S into the combustion chamber 10 is located vertically at a distance from the solid fuels C present in the combustion chamber, so that the aforementioned gases G are only generated by the primary combustion of the solid fuels C , without including secondary air S, while the mixture between these gases G and secondary air S is referenced GS on the figure 1 and forms the fumes F at the outlet of the combustion chamber 10.
  • the secondary air can thus be introduced in several vertical levels, as indicated on the figure. figure 1 .
  • the primary combustion leads to the fact that, on the one hand, the non-volatile part of the solid fuels C is completely burned, except for unburned particles fluidized in the gases G, and, on the other hand, the volatile part of the solid fuels, released during the heating of the latter and during the combustion of their non-volatile part, that is to say partially burnt, by forming the gases G.
  • the secondary air S supplies secondary combustion, namely the combustion of the gases G to form the gases GS, thus completely burning the volatile part of the solid fuels C.
  • the combustion chamber 10 comprises a grid 14 which delimits the bottom of the combustion chamber.
  • This grate 14 is designed to support the solid fuels C inside the combustion chamber 10 so that, as illustrated in the figure figure 1 , these solid fuels form a bed which rests on the grid 14, extending from the rear wall 11 to the front wall 12.
  • the bed is supplied with solid fuels to be burned, for example by the outer chute 20, while, at the level of the front wall 12, the bed is evacuated, in particular by falling into the evacuation 21.
  • the bed of solid fuels C is movable in a direction of advance Z in the combustion chamber 10.
  • the direction of advance Z extends from the rear wall 11 to the front wall 12, while being parallel to the grate 14.
  • the grate 14 can also well be inclined in relation to a horizontal plane, as on the figure 1 , that extend in a horizontal plane.
  • the grid 14 has two side edges, which are opposite to each other in a horizontal direction perpendicular to the direction of advance Z and which respectively extend along the two side walls 13 of the combustion chamber 10.
  • the grate 14 may be provided inclined to allow the gravity drive of the bed and / or be provided movable to act on the drive of the bed, then being driven by a movement allowing a slow displacement of the solid fuels from their point of arrival on the grate, where they are not yet burnt, to their outlet point of the grate, where they are completely burnt.
  • various drive systems are known, so that, for example, the grid turns like a conveyor belt, or the bars of the grid move alternately, etc.
  • the embodiment of the grid 14 can also be linked to the device for introducing the solid fuels C into the combustion chamber.
  • the solid fuels C can be introduced through another wall of the combustion chamber, in particular through the front wall 12, the introduction device then being an external, mechanical and / or pneumatic injector, which is to even to project solid fuels into the chamber combustion chamber, from the front wall to the region of the grate 14, adjoining the rear wall 11.
  • the primary air P is admitted under the grid and this grid 14 is designed to be passed from bottom to top by the primary air P to allow the latter to enter. in the combustion chamber 10 and thus reach the solid fuel bed C.
  • the combustion installation 1 also comprises an intake device 30 making it possible to supply the combustion chamber 10 with the primary air P.
  • the intake device 30 is, at least for its downstream outlet, arranged below the grid 14.
  • the intake device 30 comprises several separate boxes, which here are five in number, being respectively referenced 31.1, 31.2, 31.3, 31.4 and 31.5, and which are arranged under the grid 14, succeeding each other in the direction of Z advancement.
  • Each of the boxes 31.1 to 31.5 is designed to form, from the primary air P, a primary air flow P1 to P5.
  • each box 31.1 to 31.5 is designed to receive primary air P via an air inlet 32.1 to 32.5 from the box and to channel the air passing through it to an air outlet 33.1 to 33.5 d 'where emerges the corresponding primary air flow P1 to P5.
  • the primary air flow rate P admitted into the combustion chamber 10 by the intake device 30, in other words the total flow rate of the primary air P passing through the intake device 30, corresponds to the sum of the respective flow rates of the primary air flow P1 to P5.
  • the air inlets 32.1 to 32.5 are designed to be supplied with the primary air P, being connected, upstream of the boxes 31.1 to 31.5, to a common supply pipe 35, carrying the primary air P.
  • the air outlets 33.1 to 33.5 are arranged under the grid 14, being respectively located vertically plumb with corresponding regions 14.1 to 14.5 of the grid, which succeed one another in the direction of advance Z.
  • each of the boxes 31.1 to 31.5 opens upwards, via its air outlet 33.1 to 33.5, on the underside of the corresponding region 14.1 to 14.5 of the grille 14 and sends its primary air flow P1 to P5 respectively to the regions 14.1 to 14.5 of the grid, as shown in the figure 1 .
  • each of the regions 14.1 to 14.5 of the grate 14 are fixed in the combustion chamber 10, whatever the embodiment of the grate 14: thus, when the grate 14 is fixed in the combustion chamber 10, each of the regions 14.1 to 14.5 corresponds to a part of this grid, which is unchanged during the operation of the combustion plant 1; when the grid 14 is movable, each of the regions 14.1 to 14.5 is, at each instant of operation of the combustion installation 1, occupied by a part of the grate 14, this part being able to change region during the movement of the grate 14.
  • the region 14.1 is, among the regions 14.1 to 14.5, the closest to the rear wall 11 while the region 14.5 is the closest to the front wall 12, this region 14.5 succeeding the region 14.4 which itself succeeds region 14.3 which itself succeeds region 14.2 which itself succeeds region 14.1 in the direction of advance Z.
  • Z1 to Z5 are denoted by zones of the solid fuel bed C, which follow one another in the direction of advance Z and which are respectively located vertically plumb with regions 14.1 to 14.5 of grid 14.
  • zone Z1 of the solid fuel bed C rests on region 14.1 of grid 14
  • area Z2 rests on region 14.2, and so on, up to zone Z5 of the bed, which rests on region 14.5 of grid 14.
  • zones Z1 to Z5 of the bed of solid fuels C are fixed in combustion chamber 10.
  • each of the zones Z1 to Z5 of the bed consists of a part of the solid fuels C and that, at a later instant in the operation of the combustion installation, each of the zones Z1 to Z5 of the bed is occupied by another part of solid fuels C, at least partially different from the p Aforementioned artie of these solid fuels C, due to the displacement of the bed in the direction of advance Z.
  • the solid fuels C progressively pass, in the combustion chamber 10, through the zone Z1 of the bed. formed by these fuels C on the grid 14, then by the zone Z2, then by the zone Z3, then by the zone Z4, and finally by the zone Z5 of the bed.
  • zone Z1 is intended to correspond to a drying zone for solid fuels C
  • zones Z2 and Z3 are intended to correspond to a gasification zone for the volatile part of the solid fuels and combustion for the non-volatile part of the solid fuels
  • the zones Z4 and Z5 are provided to correspond to a combustion finishing zone for the non-volatile part of the solid fuels and cooling.
  • each of the air inlets 32.1 to 32.5 of the boxes 31.1 to 31.5 is provided with a flow adjustment member 34.1 to 34.5.
  • the embodiment of these flow rate regulating members 34.1 to 34.5 is not restrictive of the invention, as long as each of these flow rate adjusting members 34.1 to 34.5 makes it possible to control the flow rate of the primary air flow P1 to P5 associated with the corresponding box.
  • the flow rate regulators are for example valves, registers, etc.
  • each of the flow rate regulating members 34.1 to 34.5 is designed to be controlled by a control unit 40 of the combustion installation 1.
  • the control unit 40 comprises electronic and / or electromechanical components, to even to generate control signals, which are transmitted to the flow control members 34.1 to 34.5 in order to actuate the latter individually to control the respective flow rates of the primary air flows P1 to P5.
  • the material specificities of the control unit 40, as well as those of the connection between the latter and the flow rate adjustment members 34.1 to 34.5 are not limiting of the invention.
  • the combustion installation 1 further comprises optical pyrometers, five of them being visible on the figure 1 .
  • All the pyrometers are arranged laterally to the combustion chamber 10, each being provided on at least one of the rear wall 11, of the front wall 12 and of the side walls 13.
  • the pyrometers make it possible to take temperature measurements. from the wall of the combustion chamber 10, on which they are provided.
  • all these pyrometers are integrated into the side walls 13: more precisely, the side wall 13, visible in the figure. figure 1 , thus integrates five pyrometers 50.1 to 50.5.
  • pyrometers 50.1 to 50.5 are respectively associated with zones Z1 to Z5 of the bed of solid fuels C and, therefore, to regions 14.1 to 14.5 of the grid 14, so that the pyrometer 50.1 measures a temperature of the primary combustion of the fuels solids C in zone Z1, the pyrometer 50.2 measures a temperature of the primary combustion of solid fuels in zone Z2, and so on, up to pyrometer 50.5 which measures a temperature of the primary combustion of solid fuels in zone Z5 .
  • the temperature measurements are carried out by pyrometers 50.1 to 50.5 as close as possible to the bed of solid fuels C, in particular by pointing the gases G respectively coming from zones Z1 to Z5 of the bed and thus measuring the radiation of the gaseous compounds and of the solid particles present in these G.
  • each pyrometer 50.1 to 50.5 is parallel or substantially parallel, that is to say parallel to within a few degrees, at the plane of the grid 14.
  • the pyrometers 50.1 to 50.5 are distributed over the side wall 13 in the direction of advance Z, being respectively located vertically in line with the zones Z1 to Z5 of the solid fuel bed C, as shown schematically on the figure 1 .
  • each of the pyrometers 50.1 to 50.5 which are necessarily above the grid 14, is preferably located at a vertical distance from the latter, which is between half and two-thirds of the grid. distance between the grid 14 and the secondary air inlet S: in this way, the pyrometers 50.1 to 50.5 are located in the upper half of the vertical gap between the grid 14 and the secondary air inlet S, to prevent the flames generated by the primary combustion from disturbing the radiation measurements made by the pyrometers, without being in the upper third of this gap, to prevent the "cold" introduced into the combustion chamber 10 by the secondary air S does not interfere with the measurements made by the pyrometers.
  • the type of optical pyrometers 50.1 to 50.5 is not limiting on the invention, since these pyrometers provide temperature measurements based on the intensity of the wavelengths emitted by a radiating body.
  • the pyrometers 50.1 to 50.5 are bichromatic laser pyrometers, that is to say that, for the purposes of measuring the temperature of the primary combustion, each pyrometer emits, in the combustion chamber 10, at least one beam laser with two different wavelengths: pyrometers are therefore less sensitive to dust emissions.
  • the spectral response of these pyrometers is of the order of 1 ⁇ m.
  • the pyrometer 50.1 is designed, for the purpose of measuring the temperature of the primary combustion, to emit two laser beams into the combustion chamber 10, via an opening 13.1 of the side wall 13.
  • Each of these two laser beams can be bichromatic, as mentioned above. In all cases, these two laser beams intersect substantially in the plane of the side wall 13. This economical arrangement makes it possible to limit the diameter of the aperture 13.1, while keeping a large divergent field of view for the pyrometer.
  • the measurements from the pyrometers 50.1 to 50.5 are transmitted, by all appropriate forms of connection, to the control unit 40 in order to be processed automatically by the latter, in particular by a computer or a similar component of the latter.
  • the control unit 40 is designed to control each of the flow rate regulators 34.1 to 34.5, as described above. , from the temperature measurements respectively provided by the pyrometers 50.1 to 50.5.
  • the combustion installation 1 is in normal operation, that is to say that its combustion chamber 10 is supplied under normal conditions, at the same time, with the solid fuels C, the primary air P and secondary air S, and that the primary and secondary combustions take place there, as explained above.
  • the combustion installation 1 is in normal operation, that is to say that its combustion chamber 10 is supplied under normal conditions, at the same time, with the solid fuels C, the primary air P and secondary air S, and that the primary and secondary combustions take place there, as explained above.
  • the other aspects of the operation of the combustion plant 1 are well known in the art and will therefore not be presented here further. .
  • the pyrometers 50.1 to 50.5 continuously measure the temperature of the primary combustion of the solid fuels in, respectively, zones Z1 to Z5 of the bed.
  • the temperature measurements made by the pyrometers 50.1 to 50.5 are sent continuously to the control unit 40 in order to be automatically processed in real time by the latter.
  • the latter compares in real time the temperature measurements provided by each of the pyrometers 50.1 to 50.5 with a temperature setpoint which is specific to the pyrometer in question, in other words which is specific to the zone associated with this pyrometer among the zones Z1 to Z5 of the bed of solid fuels.
  • the control unit 40 transmits in real time to the corresponding flow rate control member, that is to say to that of the flow rate control members 34.1 to 34.5 which is associated with the zone concerned, an actuation command so that the flow adjustment member acts on the flow rate of the primary air flow, among the primary air flows P1 to P5, which corresponds to the zone associated with the pyrometer concerned.
  • the control unit 40 actuates the device flow rate adjustment 34.2 to increase the flow rate of the primary air flow P2 by 10%.
  • the temperature set points respectively specific to zones Z1 to Z5 are previously supplied to the control unit 40. These temperature set points can be pre-set for the combustion installation 1 or, preferably, are determined, in particular by calculation. , from a reference temperature to which a correction is applied which is linked to the zone concerned among the zones Z1 to Z5 and which, where appropriate, is also linked to the characteristics of the solid fuels S, possibly continuously measured , such as their calorific value, humidity, etc.
  • the aforementioned reference temperature is, for its part, either pre-fixed or determined, if necessary continuously, from the oxygen content in the flue gases F, this content being typically measured at the outlet of the boiler, as mentioned in the introductory part of this document.
  • control unit 40 can implement other treatments than that which has just been described, in particular as long as these other treatments compare the measurements of the pyrometers 50.1 to 50.5 with temperature setpoints. respective, which are specific to zones Z1 to Z5, in order to individually control the flow rate of the primary air flows P1 to P5.
  • control unit 40 and the flow rate regulating members 34.1 to 34.5 jointly form regulation means which make it possible, from the measurements of the pyrometers 50.1 to 50.5, to regulate the respective flow rates of the flows.
  • the reaction time for these regulation means is very low, even almost instantaneous.
  • the actuation of the flow rate regulators 34.1 to 34.5, controlled by the control unit 40 can be expected within a substantial but limited range of variation.
  • the limits of this range of variation are predetermined by experience and / or by other operating parameters of the combustion plant 1, such as the tonnage of solid fuels C introduced into the combustion chamber 10, the pressure of l. 'primary air P in the supply line 35, the flow rate of steam produced by the exchanger (s) of the boiler, etc.
  • the reference temperature mentioned above, can be compared to the average instantaneous temperature measurements provided by pyrometers 50.1 to 50.5, weighted by the size of zones Z1 to Z5 respectively associated with these pyrometers.
  • the combustion plant 101 is functionally similar to the combustion plant 1 and, like the latter, can be integrated into a boiler.
  • the combustion installation 101 comprises a combustion chamber 110 which is functionally, or even structurally, similar to the combustion chamber 10 of the combustion installation 1.
  • the combustion chamber 110 is designed to be supplied with the solid fuels C , the primary air P and the secondary air S, in order to operate the primary combustion of the solid fuels C and the secondary combustion of the gases G, as explained in detail above for the combustion chamber 10.
  • the chamber combustion chamber 110 comprises a rear wall 111, a front wall 112, side walls 113 and a grate 114, which are respectively similar functionally, even structurally, to the components 11 to 14 of the combustion chamber 10.
  • the combustion chamber combustion 110 is associated with an outer chute 120 and an outlet 121, which are respectively similar functionally, or even structurally, to the outer chute 20 and the evacuation 21.
  • the combustion plant 101 also comprises an intake device 130 which is functionally similar to the intake device 30 of the combustion plant 1.
  • the structure of the intake device 130 differs from that of the intake device 30.
  • the intake device 130 comprises a single box 131 having an air inlet 132 intended to be supplied with the primary air P.
  • the air inlet 132 opens into a casing 133 of the box 131, arranged below. grid 114.
  • the air inlet 132 is divided into several subdivisions, which, in the example considered here, are three in number and which are respectively referenced 132.1, 132.2 and 132.3.
  • Each of the subdivisions 132.1 to 132.3 connects a supply line 135, which carries the primary air P and which is common to the various subdivisions, to the casing 133, opening into the internal volume of this casing 133.
  • the subdivisions 132.1 to 132.3 all open into a single and the same primary air distribution volume, which is arranged under the grille 114 and which is formed by the internal volume of the casing 133.
  • the subdivisions 132.1 to 132.3 respectively transport primary air streams V1 , V2 and V3, which are distinct from each other. Each of these air streams V1 to V3 thus flows, in the corresponding subdivision 132.1 to 132.3, from the supply line 135 to the internal volume of the casing 133.
  • Each of the subdivisions 132.1 to 132.3 is provided with a flow rate adjustment member 134.1 to 134.3 making it possible to control the flow rate of the corresponding primary air stream V1 to V3.
  • the embodiment of the flow adjustment members 134.1 to 134.3 is not restrictive of the invention.
  • each of the flow regulating members 134.1 to 134.5 comprises a register 136, which is arranged inside the corresponding subdivision 132.1 to 132.3 and which is provided to pivot on itself in order to regulate the flow rate of the stream.
  • This register 136 is for example a butterfly register.
  • FIG. 4 An alternate embodiment for the flow regulators 134.1 to 134.3 is illustrated on figure 4 . More precisely, the figure 4 shows an alternative embodiment for the flow regulator 134.1, it being understood that this alternative embodiment can be applied to the other flow regulators 134.2 and 134.3.
  • the flow rate control member 134.1 comprises two flaps 138A and 138B, which are arranged symmetrically inside the subdivision 132.1, each being articulated with respect to this subdivision.
  • the flaps 138A and 138B move away from or approach one another, symmetrically with respect to each other, thus modifying the size of the flow section of Subdivision 132.1, while keeping this flow section centered on the central axis of Subdivision 132.1, as shown schematically on figure 4 .
  • the symmetry of the arrangement and the movements of the flaps 138A and 138 makes it possible to control the flow rate of the primary air stream V1 with a low pressure drop, in particular without significantly modifying the flow speed of the stream of air. 'air V1 in subdivision 132.1.
  • the pressure drop is all the more limited as the flaps 138A and 138B are slightly inclined, typically at less than 45 °, relative to the flow axis of the air stream V1 in the subdivision 132.1 .
  • maintaining the speed of the air streams V1, V2 and V3 in the box 130 allows a lower variation in the penetration of the air streams into the box, this penetration being proportional to the quantity of movement, that is to say to the product between the flow rate and the speed, and consequently makes it possible to more easily maintain the distribution of air flows P1, P2 and P3, defined a little further on, between the different zones Z1, Z2 and Z3, also defined a little further on.
  • the flow rate adjustment member 134.1 comprises an actuator 139, such as a cylinder, which is connected to the flaps 138A and 138B in an appropriate manner, for example by connecting rods, as illustrated. schematically on the figure 4 .
  • the air inlet 132 extends substantially horizontally, by causing the primary air streams V1 to V3 to flow substantially horizontally in the subdivisions 132.1 to 132.3, until thus opening into the internal volume of the casing 133 passing laterally through this casing.
  • the casing 133 is not arranged in the vertical upward extension of the air inlet of the casing.
  • the subdivisions 132.1 to 132.3 of the air inlet 132 are then arranged one above the other: on the figure 3 , the subdivision 132.1 is arranged above the subdivision 132.2 which is itself arranged above the subdivision 132.3.
  • the casing 133 is fitted internally to direct the primary air streams V1 to V3, leaving the air inlet 132, towards respective regions 114.1, 114.2 and 114.3 of the grid 114, which follow one another in the direction of advance Z.
  • the internal volume of the casing 133 is provided with arrangements which make it possible to act on the flow primary air streams V1 to V3, once out of subdivisions 132.1 to 132.3, so that these primary air streams form, at the outlet of box 131, respective primary air streams P1 ', P2' and P3 ', which are sent, below the grid 114, respectively to the regions 114.1 to 114.3 of this grid.
  • the corresponding internal arrangements of the box 101 include plane deflectors 137.1 and 137.2.
  • Each deflector 137.1, 137.2 forms an angle of between 0 and 20 ° with the vertical, which amounts to saying that each of the deflectors 137.1 and 137.2 extends either strictly vertical, or slightly inclined relative to the vertical.
  • the deflectors 137.1 and 137.2 are arranged inside the casing 133 in a fixed manner or in a slightly movable manner by manual adjustment.
  • this arrangement of the deflectors 137.1 and 137.2 has ventilation and practical advantages: on the one hand, the deflectors 137.1 and 137.2 can thus modify the direction of the air flows inside the casing 133, from the substantially horizontal flow direction for the primary air streams V1 to V3 to the substantially vertical flow direction for the primary air stream P1 'to P3'; on the other hand, the deflectors 137.1 and 137.2 prevent the accumulation of ash which falls on them from the grid 114. Furthermore, to act selectively on the various primary air streams V1 to V3, the deflectors 137.1 and 137.2 are arranged in a stepped manner: more precisely, the respective lower ends of the deflectors 137.1 and 137.2 are stepped relative to one another.
  • the lower end of the deflector 137.1 is located, vertically, substantially at the same level as the separation between the subdivisions 132.1 and 132.2 and, horizontally, in half of the internal volume of the casing 133, facing the air inlet 132; as for the lower end of the deflector 137.2, it is located, vertically, substantially at the level of the separation between the subdivisions 132.2 and 132.3 and, horizontally, in half of the internal volume of the casing 133, opposite the air inlet 132.
  • the specific features of the stepping of the lower ends of the deflectors 137.1 and 137.2 may differ from what has just been described in connection with the example of figure 3 .
  • this staging can be optimized by preliminary computations of computational fluid mechanics, by considering the combustion installation 101 in a nominal operating regime.
  • the staging of the respective lower ends of the deflectors 137.1 and 137.2 is provided so that the deflectors 137.1 and 137.2 interact selectively on the primary air streams V1 to V3 to orient the latter respectively towards the corresponding regions 114.1 to 114.3 of grid 114: in the example of figure 3 , the primary air stream V1 is deflected by the deflector 137.1, the primary air flow V2 escapes the deflector 137.1 but is deflected by the deflector 137.2, and the air stream V3 escapes the deflectors 137.1 and 137.2.
  • these primary air flows P1 'to P3' are, as indicated above, respectively associated with portions 114.1 to 114.3 of the grid 114 and, thereby, respectively associated with corresponding zones Z1 ′ to Z3 ′ of the bed formed by the solid fuels C on the grid 114. Together, these zones Z1 ′ to Z3 ′ of the bed are functionally similar to the zones Z1 to Z5 described above in connection with the combustion installation 1.
  • the zone Z1 of the bed of solid fuels in the combustion installation 101 corresponds to a drying zone for the solid fuels C
  • the zone Z2 corresponds to a gasification zone for the volatile part of solid fuels and combustion for the non-volatile part of these solid fuels
  • zone Z3 corresponds to a cooling and combustion finishing zone for the non-volatile part of the fuels solid.
  • an advantageous optional arrangement consists in providing that the subdivisions 132.1 to 132.3 of the air inlet 132 do not have the same cross section, but have cross sections whose respective sizes are different from the from each other: in the example shown on figure 3 , the subdivision 132.2 is planned with a size larger, of the order of double, than that of the section of each of the subdivisions 132.1 and 132.3, because, in nominal operating mode for the combustion plant 101, the quantity d 'primary air to be transported by subdivision 132.2, whose corresponding vein V2 is associated with zone Z2, is expected to be of the order of twice that to be transported by each of subdivisions 132.1 and 132.3, whose corresponding veins V1 and V3 are respectively associated with zones Z1 and Z3.
  • the combustion installation 101 also comprises a control unit 140 and three pyrometers 150.1, 150.2 and 150.3, which are respectively functionally similar, or even structurally identical, to the control unit 40 and to the pyrometers 50.1 to 50.5 of the installation of combustion 1.
  • the pyrometers 150.1 to 150.3 are respectively associated with the zones Z1 to Z3 of the bed of solid fuels C, by measuring the temperature of primary combustion in, respectively, zones Z1 to Z3 and by supplying the corresponding temperature measurements to the control unit 140 which, by automatic processing, controls the individual actuation of the flow rate regulators 134.1 to 134.3, each of these flow rate regulators being thus adjusted as a function of the measurements of the pyrometer associated with the zone to which the primary air stream is sent, of which the flow rate is controlled by this flow rate regulator.
  • the regulation of the combustion installation 101 is similar to that of the combustion installation 1, so that the regulation of the combustion installation 101 will not be described in detail here, referring to the considerations developed above for regulation of the combustion system 1.
  • the combustion installation 101 can provide, in particular compared to the combustion installation 1, economic and compact advantages. Indeed, instead of using the multiple separate boxes 31.1 to 31.5, the combustion installation 101 provides only the single box 131 to admit the primary air P under the grid 114, by subdividing its air inlet. 132 and the presence of internal aeraulic arrangements of its casing 133, such as the deflectors 137.1 and 137.2, while controlling the spatial and quantitative distribution of the air admitted into the combustion chamber 110. In addition, by arranging the inlet 132 horizontally and by connecting it laterally to the casing 133, the intake device 130 is even more compact, avoiding costly raising of the combustion chamber 110 relative to the supply line 135. D other advantages are deductible from the foregoing by those skilled in the art.
  • the regulation of the combustion installation can be carried out in real time, or in any case with reaction times much lower than the techniques. existing. This very short reaction time is adapted to the speeds observed for the complex phenomena linked to primary combustion.
  • the response time and the representativeness of the temperature measurements by the pyrometers allow a high precision of the primary air dosage and a good control of the ratio between the quantity of air consumed by the primary combustion and the quantity of solid fuels burned by primary combustion, and this, advantageously, in different zones of the bed formed by the solid fuels, in particular the three main zones mentioned above.
  • the invention thus makes it possible to supply almost instantaneously and, advantageously, locally the quantity of air just necessary for the primary combustion.
  • Adjusting the quantity of primary air “as closely as possible” also makes it possible to control the temperatures throughout the lower part of the combustion chamber. This improves the performance of equipment downstream of the combustion chamber, in particular the production of steam by the exchangers of the boiler. This also makes it possible to limit the formation, by melting, of oxides at high temperature, sources of deposits which affect the thermal efficiency and which are difficult to remove by the usual cleaning techniques. This also makes it possible to considerably reduce, or even eliminate, the need for secondary air and / or to reduce the number of vertical secondary air injection levels. The combustion installation is thereby simplified, at least by reducing the volume between the grille and the secondary air intake, which is a source of significant savings.
  • Controlling the temperatures in the lower part of the combustion chamber also avoids excessive local temperature peaks and allows the use, for solid fuels with high calorific value, traditional systems generally limited to solid fuels with lower power.
  • calorific such as uncooled water grids or standard refractory linings, especially non-nitrided.

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Abstract

Dans ce procédé de régulation d'une installation de combustion (1), des combustibles solides (C) sont introduits dans une chambre de combustion (10) et y brûlent selon une combustion primaire en présence d'air primaire (P) qui est introduit dans la chambre de combustion avec un débit d'air primaire. Pour maîtriser la combustion primaire opérée dans cette installation, il est prévu que la combustion primaire des combustibles solides présente une température qui est mesurée dans la chambre de combustion par un ou plusieurs pyromètres optiques (50.1 à 50.5), qui sont agencés latéralement à la chambre de combustion et qui pointent des gaz de combustion (G) générés par la combustion primaire à proximité immédiate des combustibles solides de manière à mesurer le rayonnement d'à la fois ces gaz de combustion et des particules solides que contiennent ces gaz de combustion. Le débit d'air primaire est commandé en fonction des mesures du ou des pyromètres.

Description

  • La présente invention concerne un procédé de régulation d'une installation de combustion. Elle concerne également une installation de combustion.
  • L'invention s'intéresse en particulier aux installations de combustion intégrées à une chaudière qui transfère à un fluide caloporteur, généralement de l'eau, la chaleur dégagée par une combustion.
  • Quel que soit le domaine d'application de l'invention, les installations de combustion concernées utilisent, comme combustibles, des déchets ménagers ou industriels, des déchets dangereux, de la biomasse ou des matières solides similaires, ce qui, de manière plus générale, correspond à des combustibles solides, en particulier inhomogènes dans le temps et dans l'espace. Ainsi, les combustibles solides considérés ici forment typiquement un flux de matière, dont la composition exacte est, à la fois, inhomogène à un instant donné et susceptible de varier dans le temps.
  • Dans de telles installations de combustion, les combustibles solides sont introduits dans une chambre de combustion pour y subir une combustion, dite combustion primaire, en présence d'air dit air primaire, cette combustion primaire conduisant à ce que, d'une part, la partie non volatile des combustibles solides soit brûlée entièrement, excepté des imbrulés particulaires, et, d'autre part, la partie volatile des combustibles solides, dégagée lors du chauffage de ces derniers et de la combustion de leur partie non volatile, soit partiellement brûlée. Cette combustion primaire peut notamment être opérée sur une grille, qui délimite vers le bas la chambre de combustion et sur laquelle les combustibles solides sont chargés pour y subir la combustion primaire, tandis que l'air primaire est admis sous la grille avant de traverser cette dernière pour entrer dans la chambre de combustion et ainsi atteindre les combustibles solides. Pour que la partie volatile des combustibles solides soit entièrement brûlée et ainsi opérer une combustion dite secondaire, il est souvent prévu que de l'air dit air secondaire, constitué d'air et/ou de fumées recirculées, soit admis dans la chambre de combustion, en étant injecté au-dessus de la grille en un ou plusieurs niveaux.
  • Dans tous les cas, toutes les réactions chimiques et physiques, qui vont conditionner la composition des gaz de combustion et des particules fluidisées par ces gaz dans la chambre de combustion puis en aval de celle-ci, notamment dans des échangeurs thermiques de la chaudière, sont initiées par la combustion primaire. Il est donc souhaitable de maîtriser autant que possible les conditions dans lesquelles la combustion primaire est opérée. En particulier, les conditions de l'admission de l'air primaire sont critiques, dans le sens où elles influent notamment sur la température de la combustion primaire et sur les pressions partielles des composés volatiles dans les gaz de combustion, ce qui affecte les réactions physiques et chimiques de la combustion primaire, ainsi que l'entraînement des particules dans les gaz de combustion.
  • Les combustibles solides de type déchets ou biomasse sont caractérisés par une forte hétérogénéité tant en taille des fragments solides les composant, qu'en composition et en humidité. Cette forte hétérogénéité entraîne, à la fois, une forte disparité, dans le temps et dans l'espace, pour les propriétés physico-chimiques de combustion relatives à ces combustibles solides, telles que leur pouvoir calorifique, leur besoin stœchiométrique en air, leur cinétique de combustion, etc., et une mauvaise répartition physique de ces combustibles solides dans la chambre de combustion, notamment sur la grille de cette dernière. Cette hétérogénéité conduit souvent à ce que la combustion soit volontairement opérée avec un excès d'air important par rapport au besoin stœchiométrique, afin de limiter les imbrûlés. Cet excès d'air est souvent d'autant plus grand que l'hétérogénéité des combustibles solides est importante, afin de faire en sorte que la combustion primaire soit la plus complète possible. L'hétérogénéité des combustibles solides conduit aussi fréquemment à ce que l'admission de l'air primaire dans la chambre de combustion, typiquement au travers de la grille de cette dernière, soit mal répartie dans l'espace, du fait de l'inhomogénéité de la perte de charge générée par la couche formée par les combustibles solides sur la grille. L'inhomogénéité relative à cette couche résulte notamment de la variabilité de la taille et de la densité des fragments solides présents dans les combustibles, du système de dépôt des combustibles solides sur la grille, et de la disparité pour la cinétique de combustion relative à ces combustibles solides.
  • En pratique, l'admission d'air primaire en excès et/ou mal répartie entraîne de nombreux inconvénients :
    • La formation d'oxydes d'azote, par oxydation de l'azote contenu dans l'air primaire, est favorisée par une mauvaise maîtrise de l'admission de l'air primaire dans les combustibles solides, soit en raison d'un excès d'air globalement trop important, soit par un défaut local d'air primaire conduisant à une température locale trop élevée et favorisant ainsi l'oxydation de l'azote de l'air.
    • Si la formation de sels fondus est inévitable, compte tenu de la température de la combustion primaire, les oxydes dont la température de fusion est comprise entre 1100 et 1400°C sont en partie fondus et en partie solides. La répartition entre matières solides et matières fondues dépend bien sûr de la composition des combustibles solides mais aussi, pour une composition donnée, de la température de la combustion primaire et donc des conditions de l'admission d'air primaire.
    • Plus l'excès d'air primaire est important, plus la vitesse des gaz générés par la combustion primaire est importante, favorisant ainsi l'entraînement des particules solides et des gouttelettes liquides, qui vont participer à l'encrassement, à la corrosion et à l'érosion des équipements en aval de la chambre de combustion, notamment des échangeurs thermiques de la chaudière.
    • La mauvaise répartition de l'air primaire sous la grille de la chambre de combustion affecte l'homogénéité de l'épaisseur de la couche de cendres présente sur la grille, alors que cette couche de cendres assure une protection efficace contre les rayonnements directs de la combustion primaire, pouvant générer un échauffement indésirable et, par-là, la destruction des composants de la grille. En effet, la couche protectrice de cendres, tout spécialement lorsque les combustibles solides sont de la biomasse qui, usuellement, génère moins de cendres que des déchets ménagers ou du charbon, peut rapidement disparaître d'une portion significative de la grille, du fait d'une combustion trop rapide et/ou d'envolées des cendres sous l'effet de vitesses trop importantes pour l'air primaire au niveau de cette portion de la grille. Ce dernier phénomène d'envolées est d'ailleurs accentué par le fait que si la couche de cendres disparaît ou s'amenuise localement, la portion correspondante de la grille voit sa perte de charge diminuer, engendrant au niveau de cette portion un flux d'air primaire plus important et plus rapide.
    • la maîtrise insuffisante de la combustion primaire oblige à ajouter une quantité non négligeable d'air secondaire pour opérer la combustion secondaire mentionnée plus haut. Cet air secondaire est brassé avec les gaz issus de la combustion primaire afin de parfaire les réactions de combustion et d'oxyder ainsi les composés partiellement oxydés, tels que le monoxyde de carbone, les gaz de pyrolyse et, de manière plus générale, les composés organiques imbrûlés qu'ils soient gazeux ou particulaires. L'admission de l'air secondaire augmente le débit des fumées sortant de l'installation de combustion, ce qui nécessite de dimensionner en conséquence l'installation de combustion et, le cas échéant, toute la chaudière, ainsi que le traitement des fumées en aval de la chaudière. En particulier, l'air présent dans l'air secondaire en excès au-delà de la quantité stœchiométrique nécessaire à la combustion secondaire génère un volume de fumées plus élevé et donc une taille plus importante pour la chambre de combustion afin de maintenir les temps de séjour nécessaires à la combustion secondaire. De même, les fumées recirculées, présentes dans l'air secondaire, augmentent le volume de fumées, sans apporter d'oxygène pour la combustion secondaire, et donc augmentent la taille de la chambre de combustion. Dans tous les cas, l'admission d'air secondaire conduit à une augmentation de la consommation électrique pour les ventilateurs d'alimentation en air secondaire et les ventilateurs de tirage. De plus, l'admission de l'air secondaire tend à réduire le temps de séjour dans la chambre de combustion, ce qui, d'une part, est défavorable à la réduction des oxydes d'azote par des composés, tels que l'ammoniac ou l'urée, injectés dans la chambre de combustion et, d'autre part, retarde la vitrification d'oxydes fondus, conduisant à des encrassements en aval de la chambre de combustion, en particulier dans des échangeurs de la chaudière.
  • Face à ces difficultés, plusieurs techniques ont été développées jusqu'ici.
  • Une de ces techniques consiste à réguler le débit total de l'air primaire en fonction de la teneur en oxygène dans les fumées issues de l'installation de combustion. En pratique, la mesure de cette teneur en oxygène est réalisée dans les fumées « froides », typiquement en sortie de chaudière, pour assurer la tenue dans le temps du capteur de mesure. Compte tenu, d'une part, de l'éloignement entre la chambre de combustion et la zone « froide » où est situé le capteur de mesure et, d'autre part, du temps de réponse de ce capteur de mesure valant au moins cinq secondes, la mesure de la teneur en oxygène présente un temps de réaction supérieur à la demi-minute, ce qui limite significativement les performances de régulation pour l'admission de l'air primaire. Par ailleurs, cette mesure de la teneur en oxygène ne reflète pas précisément l'hétérogénéité des combustibles solides. De plus, la mesure de la teneur en oxygène dans les fumées humides est affectée par la dilution induite par la vapeur d'eau présente dans les fumées, qui dépend de l'humidité et de la teneur en hydrogène des combustibles solides. Pour contourner cette difficulté, la teneur en oxygène peut être mesurée sur fumées « sèches », ce qui nécessite de prélever et de sécher des échantillons de fumées avant d'en mesurer la teneur en oxygène. Mais le temps de réaction est alors allongé pour permettre la mise en œuvre de ce prélèvement et de ce séchage, typiquement de l'ordre de vingt à quarante secondes supplémentaires.
  • Une autre technique, cumulable avec la précédente, consiste à répartir l'air primaire au moyen de plusieurs caissons, qui sont agencés sous la grille et qui sont chacun équipés, sur leur arrivée d'air, d'un organe de réglage de débit pour commander le débit d'air primaire traversant le caisson. Les organes de réglage permettent ainsi de répartir le débit total d'air primaire entre les sorties respectives des caissons. En pratique, l'ajustement des organes de réglage n'est souvent effectué qu'occasionnellement par un opérateur, par exemple en fonction du pouvoir calorifique moyen des combustibles solides, déterminé sur une longue période de temps, ou en fonction d'une variation connue de la composition des combustibles solides. Dans des installations plus sophistiquées, la répartition de l'air primaire par les caissons peut être ajustée en fonction du rayonnement infrarouge émis par la couche que forment les combustibles solides dans la chambre de combustion. Ce rayonnement infrarouge est mesuré par une caméra infrarouge, installée au plafond de la chambre de combustion. Cependant, outre le caractère onéreux d'une telle caméra infrarouge et du traitement d'images associé, cette caméra infrarouge ne renseigne pas sur la température effective de la combustion primaire des combustibles solides, mais délivre uniquement une indication partielle sur la température en surface de l'ensemble de la couche des combustibles solides, cette indication partielle étant de surcroît perturbée par les particules et les poussières, présentes verticalement entre la couche de combustibles solides et la caméra infrarouge. Il en résulte que le débit total d'air primaire est souvent majoré volontairement, pour éviter que la combustion primaire soit incomplète.
  • WO 90/09552 propose que les débits d'air primaire alimentant des caissons répartis sous une grille de combustion soient commandés en fonction, entre autres, de mesures de température réalisées dans la chambre de combustion par des capteurs de température dédiés. Ces capteurs de température sont soit des caméras infrarouges, qui observent le lit de combustibles solides sur une grande étendue, soit des détecteurs infrarouges individuels, qui sont répartis en groupes selon des zones de la grille. Dans tous les cas, les mesures de température réalisées par ces détecteurs portent sur la surface du lit de combustibles solides.
  • EP 1 489 355 propose aussi de commander le débit d'air primaire en fonction de diverses mesures, dont des mesures de température provenant de deux capteurs de température. Le premier capteur est agencé dans le plafond de la chambre de combustion, en pointant la zone d'extrémité aval de la grille. Le second capteur est agencé en aval de l'admission d'air secondaire et mesure la température des gaz résultant de la combustion secondaire.
  • Ainsi, les performances des différentes techniques existantes sont limitées.
  • Le but de la présente invention est de proposer une régulation améliorée d'une installation de combustion de combustibles solides, afin de maîtriser la combustion primaire opérée dans cette installation.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de régulation d'une installation de combustion, tel que défini à la revendication 1.
  • L'invention a également pour objet une installation de combustion, telle que définie à la revendication 10.
  • Une des idées à la base de l'invention est d'utiliser un ou plusieurs pyromètres optiques, qui, par définition, fournissent des mesures de température basées sur l'intensité des longueurs d'onde émises par un corps rayonnant. Ces pyromètres sont agencés latéralement à la chambre de combustion de manière à mesurer une température de la combustion primaire, en réalisant leur mesure au plus près des combustibles solides en train d'être brûlés pour connaître l'intensité du rayonnement de la combustion primaire, en particulier le rayonnement des gaz de combustion au moment de leur génération par la combustion primaire et le rayonnement des particules que contiennent ces gaz de combustion. Les mesures fournies par le ou chaque pyromètre sont représentatives, en temps réel, de la température de la combustion primaire, dans le sens où ces mesures sont instantanées et intègrent les conditions thermiques sur le trajet optique entre le pyromètre et les combustibles solides, notamment sans être affectées par des encrassements ou par des effets de paroi. La température ainsi mesurée par ce ou ces pyromètres peut être qualifiée de température radiative de la combustion primaire.
  • L'invention prévoit également d'utiliser cette température radiative pour commander le débit d'air primaire et, avantageusement, la répartition de ce débit d'air primaire dans la chambre de combustion. En effet, sans vouloir être liés par une théorie, les inventeurs ont établi que cette température radiative est un indicateur voisin de la température adiabatique de la combustion primaire, c'est-à-dire de la température théorique pour que la combustion primaire soit complète, dans le sens où, comme la température adiabatique, la température radiative de la combustion primaire est très sensible à, à la fois, la quantité d'air consommée par la combustion primaire et la quantité de combustibles brûlée lors de la combustion primaire. Ainsi, pour une zone donnée des combustibles solides, pointée par le ou un des pyromètres, la température mesurée par ce pyromètre est un excellent indicateur du ratio entre la quantité de combustibles solides effectivement brûlée et le débit d'air effectivement consommé dans la zone de combustion. Grâce à l'invention, le débit d'air primaire admis dans la chambre de combustion est régulé en fonction des mesures de température fournies par le ou les pyromètres, notamment par comparaison avec une consigne de température, comme expliqué plus en détail par la suite. Avantageusement, l'invention prévoit de mesurer la température de la combustion primaire en plusieurs zones des combustibles solides, par des pyromètres respectifs, et d'ajuster le débit d'air primaire zone par zone. Dans tous les cas, l'invention permet de maîtriser en temps réel l'admission de l'air primaire dans la chambre de combustion de manière à apporter, avantageusement zone par zone, la quantité d'air primaire nécessaire et suffisante pour que la combustion primaire soit complète, autrement dit de manière à optimiser, avantageusement zone par zone, le rapport entre l'air primaire admis et la quantité de combustibles brûlée. Cette maîtrise de la combustion primaire, permise par l'invention, présente de nombreux avantages, comme détaillé par la suite.
  • L'invention est applicable aux installations de combustion dans la chambre de combustion desquelles les combustibles solides forment soit un lit fluidisé, soit un lit mobile sur grille. Dans le second cas, l'invention présente un intérêt remarquable, en lien avec la possibilité de répartir le lit des combustibles solides en plusieurs zones se succédant suivant la direction d'avancement du lit, comme expliqué plus en détail par la suite.
  • Des caractéristiques additionnelles avantageuses du procédé de régulation et de l'installation de combustion conformes à l'invention sont spécifiées aux autres revendications.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
    • [Fig. 1] la figure 1 est un schéma d'une installation de combustion conforme à l'invention ;
    • [Fig. 2] la figure 2 est une coupe schématique partielle selon la ligne II-II de la figure 1 ;
    • [Fig. 3] la figure 3 est une vue similaire à la figure 1, illustrant un autre mode de réalisation d'une installation de combustion conforme à l'invention ; et
    • [Fig. 4] la figure 4 est une vue à plus grande échelle d'un encadré IV de la figure 3, illustrant une variante de la partie correspondante de l'installation de combustion.
  • Sur la figure 1 est représentée une installation de combustion 1 adaptée pour brûler des combustibles solides C.
  • Les combustibles solides C sont notamment des déchets ménagers ou industriels, des déchets dangereux, de la biomasse, ou des matières solides similaires, c'est-à-dire, plus généralement, des solides présentant une hétérogénéité en taille, en composition et/ou en humidité, comme évoqué dans la partie introductive du présent document.
  • L'installation de combustion 1 appartient typiquement à une chaudière qui permet de produire de la vapeur d'eau en utilisant la chaleur des fumées issues de l'installation de combustion.
  • L'installation de combustion 1 comprend une chambre de combustion 10 adaptée pour que les combustibles solides C y soient introduits et y brûlent selon une combustion primaire en présence d'air, dit air primaire P. La chambre de combustion 10 est délimitée latéralement par :
    • une paroi arrière 11, au travers de laquelle les combustibles solides C sont chargés à l'intérieur de la chambre de combustion par, par exemple, une goulotte externe 20,
    • par une paroi avant 12, au travers de laquelle les combustibles solides C, une fois brûlés, sortent de la chambre de combustion via une évacuation 21, et
    • par deux parois latérales 13, qui sont horizontalement distantes l'une de l'autre et qui relient chacune les parois arrière 11 et avant 12, une seule de ces deux parois latérales 13 étant visible sur la figure 1.
  • La chambre de combustion 10 est conçue pour, une fois que les combustibles solides C y sont chargés, faire séjourner ces combustibles solides C un temps nécessaire, typiquement de plusieurs minutes, pour opérer la combustion primaire. Lors de leur combustion primaire, les combustibles solides C génèrent des gaz qui, à proximité immédiate des combustibles solides C, sont référencés G sur la figure 1. La chambre de combustion 10 est conçue pour canaliser ces gaz, jusqu'à leur sortie de la chambre de combustion 10 d'où s'échappent des fumées F circulant dans des équipements de la chaudière, tels que des échangeurs de chaleur.
  • Dans l'exemple de réalisation considéré sur la figure 1, la chambre de combustion 10 est prévue pour y admettre un air secondaire S, constitué d'air et/ou de fumées recirculées. Comme indiqué sur la figure 1, l'admission de l'air secondaire S dans la chambre de combustion 10 est située verticalement à distance des combustibles solides C présents dans la chambre de combustion, de sorte que les gaz G précités sont uniquement générés par la combustion primaire des combustibles solides C, sans inclure d'air secondaire S, tandis que le mélange entre ces gaz G et l'air secondaire S est référencé GS sur la figure 1 et forme les fumées F à la sortie de la chambre de combustion 10. En pratique, l'air secondaire peut être ainsi introduit en plusieurs niveaux verticaux, comme indiqué sur le figure 1.
  • La combustion primaire conduit à ce que, d'une part, la partie non volatile des combustibles solides C soit entièrement brûlée, excepté des imbrûlés particulaires fluidisés dans les gaz G, et, d'autre part, la partie volatile des combustibles solides, dégagée lors du chauffage de ces derniers et lors de la combustion de leur partie non volatile, soit partiellement brûlée, en formant les gaz G. L'air secondaire S alimente une combustion secondaire, à savoir la combustion des gaz G pour former les gaz GS, en brûlant ainsi entièrement la partie volatile des combustibles solides C.
  • Dans la forme de réalisation considérée ici, la chambre de combustion 10 comporte une grille 14 qui délimite le bas de la chambre de combustion. Cette grille 14 est conçue pour supporter les combustibles solides C à l'intérieur de la chambre de combustion 10 de manière que, comme illustré sur la figure 1, ces combustibles solides forment un lit qui repose sur la grille 14, en s'étendant de la paroi arrière 11 à la paroi avant 12. Au niveau de la paroi arrière 11, le lit est alimenté en combustibles solides à brûler, par exemple par la goulotte externe 20, tandis que, au niveau de la paroi avant 12, le lit est évacué, notamment en tombant dans l'évacuation 21. Entre les parois arrière 11 et avant 12, le lit des combustibles solides C est mobile suivant une direction d'avancement Z dans la chambre de combustion 10. Ainsi, la direction d'avancement Z s'étend de la paroi arrière 11 à la paroi avant 12, tout en étant parallèle à la grille 14. En pratique, la grille 14 peut aussi bien être inclinée par rapport à un plan horizontal, comme sur la figure 1, que s'étendre dans un plan horizontal. Dans tous les cas, la grille 14 présente deux bords latéraux, qui sont opposés l'un à l'autre suivant une direction horizontale perpendiculaire à la direction d'avancement Z et qui s'étendent respectivement le long des deux parois latérales 13 de la chambre de combustion 10. Les arrangements de la chambre de combustion 10, qui assurent l'entraînement du lit des combustibles solides C suivant la direction d'avancement Z, ne sont pas limitatifs de l'invention : de manière connue en soi, la grille 14 peut être prévue inclinée pour permettre l'entraînement gravitaire du lit et/ou être prévue mobile pour agir sur l'entraînement du lit, en étant alors animée d'un mouvement permettant un déplacement lent des combustibles solides de leur point d'arrivée sur la grille, où ils ne sont pas encore brûlés, à leur point d'évacuation de la grille, où ils sont complètement brûlés. Dans le cas où la grille est mobile, divers systèmes d'entraînement sont connus, de manière que, par exemple, la grille tourne à la façon d'un tapis roulant, ou bien des barreaux de la grille se déplacent en alternance, etc.
  • En pratique, la forme de réalisation de la grille 14 peut aussi être liée au dispositif d'introduction des combustibles solides C dans la chambre de combustion. En effet, plutôt que d'alimenter la chambre de combustion 10 en combustibles solides au travers de la paroi arrière 11 au moyen de la goulotte externe 20 comme sur la figure 1, les combustibles solides C peuvent être introduits au travers d'une autre paroi de la chambre de combustion, notamment au travers de la paroi avant 12, le dispositif d'introduction étant alors un injecteur externe, mécanique et/ou pneumatique, qui est à même de projeter les combustibles solides dans la chambre de combustion, depuis la paroi avant jusqu'à la région de la grille 14, attenante à la paroi arrière 11.
  • Quelle que soit la forme de réalisation de la grille 14, l'air primaire P est admis sous la grille et cette grille 14 est conçue pour se laisser traverser de bas en haut par l'air primaire P pour permettre à ce dernier d'entrer dans la chambre de combustion 10 et ainsi atteindre le lit des combustibles solides C.
  • L'installation de combustion 1 comporte également un dispositif d'admission 30 permettant d'alimenter la chambre de combustion 10 avec l'air primaire P. Dans l'exemple de réalisation considéré ici, le dispositif d'admission 30 est, au moins pour son débouché aval, agencé au-dessous de la grille 14.
  • Comme envisagé sur la figure 1, le dispositif d'admission 30 comporte plusieurs caissons distincts, qui sont ici au nombre de cinq, en étant respectivement référencés 31.1, 31.2, 31.3, 31.4 et 31.5, et qui sont agencés sous la grille 14, en se succédant dans la direction d'avancement Z. Chacun des caissons 31.1 à 31.5 est conçu pour former, à partir de l'air primaire P, un flux d'air primaire P1 à P5. A cet effet, chaque caisson 31.1 à 31.5 est conçu pour recevoir de l'air primaire P via une arrivée d'air 32.1 à 32.5 du caisson et pour canaliser l'air le traversant jusqu'à une sortie d'air 33.1 à 33.5 d'où émerge le flux d'air primaire correspondant P1 à P5. Le débit d'air primaire P admis dans la chambre de combustion 10 par le dispositif d'admission 30, autrement dit le débit total de l'air primaire P transitant par le dispositif d'admission 30, correspond à la somme des débits respectifs des flux d'air primaire P1 à P5.
  • Les arrivées d'air 32.1 à 32.5 sont prévues pour être alimentées avec l'air primaire P, en étant raccordées, en amont des caissons 31.1 à 31.5, à une conduite d'alimentation 35 commune, transportant l'air primaire P.
  • Les sorties d'air 33.1 à 33.5 sont agencées sous la grille 14, en étant respectivement situées à l'aplomb vertical de régions correspondantes 14.1 à 14.5 de la grille, qui se succèdent les unes aux autres suivant la direction d'avancement Z. Ainsi, chacun des caissons 31.1 à 31.5 débouche vers le haut, via sa sortie d'air 33.1 à 33.5, sur le dessous de la région correspondante 14.1 à 14.5 de la grille 14 et envoie son flux d'air primaire P1 à P5 respectivement vers les régions 14.1 à 14.5 de la grille, comme illustré sur la figure 1. On comprendra que les régions 14.1 à 14.5 de la grille 14 sont fixes dans la chambre de combustion 10, et ce quelle que soit la forme de réalisation de la grille 14 : ainsi, lorsque la grille 14 est fixe dans la chambre de combustion 10, chacune des régions 14.1 à 14.5 correspond à une partie de cette grille, qui est inchangée au cours du fonctionnement de l'installation de combustion 1 ; lorsque la grille 14 est mobile, chacune des régions 14.1 à 14.5 est, à chaque instant du fonctionnement de l'installation de combustion 1, occupée par une partie de la grille 14, cette partie pouvant changer de région lors du mouvement de la grille 14. Sur la figure 1, la région 14.1 est, parmi les régions 14.1 à 14.5, la plus proche de la paroi arrière 11 tandis que la région 14.5 est la plus proche de la paroi avant 12, cette région 14.5 succédant à la région 14.4 qui elle-même succède à la région 14.3 qui elle-même succède à la région 14.2 qui elle-même succède à la région 14.1 suivant la direction d'avancement Z.
  • On note Z1 à Z5 des zones du lit de combustibles solides C, qui se succèdent suivant la direction d'avancement Z et qui sont respectivement situées à l'aplomb vertical des régions 14.1 à 14.5 de la grille 14. Autrement dit, la zone Z1 du lit de combustibles solides C repose sur la région 14.1 de la grille 14, la zone Z2 repose sur la région 14.2, et ainsi de suite, jusqu'à la zone Z5 du lit, qui repose sur la région 14.5 de la grille 14. De manière similaire aux régions 14.1 à 14.5 de la grille 14, les zones Z1 à Z5 du lit des combustibles solides C sont fixes dans la chambre de combustion 10. On comprend donc que, à un instant donné du fonctionnement de l'installation de combustion 1, chacune des zones Z1 à Z5 du lit est constituée d'une partie des combustibles solides C et que, à un instant ultérieur du fonctionnement de l'installation de combustion, chacune des zones Z1 à Z5 du lit est occupée par une autre partie des combustibles solides C, au moins partiellement différente de la partie précitée de ces combustibles solides C, du fait du déplacement du lit dans la direction d'avancement Z. Ainsi, lors de leur combustion primaire, les combustibles solides C passent progressivement, dans la chambre de combustion 10, par la zone Z1 du lit formé par ces combustibles C sur la grille 14, puis par la zone Z2, puis par la zone Z3, puis par la zone Z4, et enfin par la zone Z5 du lit. En progressant ainsi par les zones Z1 à Z5, les combustibles solides C subissent les effets progressifs de la combustion primaire, à savoir d'abord leur séchage, puis une gazéification pour leur partie volatile et une combustion pour leur partie non volatile, et enfin un refroidissement et une finition de combustion pour leur partie non volatile. A titre d'exemple, la zone Z1 est prévue pour correspondre à une zone de séchage pour les combustibles solides C, les zones Z2 et Z3 sont prévues pour correspondre à une zone de gazéification pour la partie volatile des combustibles solides et de combustion pour la partie non volatile des combustibles solides, et les zones Z4 et Z5 sont prévues pour correspondre à une zone de finition de combustion pour la partie non volatile des combustibles solides et de refroidissement.
  • Comme indiqué schématiquement sur la figure 1, chacune des arrivées d'air 32.1 à 32.5 des caissons 31.1 à 31.5 est pourvue d'un organe de réglage de débit 34.1 à 34.5. La forme de réalisation de ces organes de réglage de débit 34.1 à 34.5 n'est pas limitative de l'invention, du moment que chacun de ces organes de réglage de débit 34.1 à 34.5 permet de commander le débit du flux d'air primaire P1 à P5 associé au caisson correspondant. Les organes de réglage de débit sont par exemple des vannes, des registres, etc.
  • Dans tous les cas, chacun des organes de réglage de débit 34.1 à 34.5 est conçu pour être commandé par une unité de commande 40 de l'installation de combustion 1. L'unité de commande 40 comprend des composants électroniques et/ou électromécaniques, à même de générer des signaux de commande, qui sont transmis aux organes de réglage de débit 34.1 à 34.5 en vue d'actionner individuellement ces derniers pour commander les débits respectifs des flux d'air primaire P1 à P5. Là encore, les spécificités matérielles de l'unité de commande 40, ainsi que celles de la liaison entre cette dernière et les organes de réglage de débit 34.1 à 34.5 ne sont pas limitatives de l'invention.
  • Comme représenté sur la figure 1, l'installation de combustion 1 comporte en outre des pyromètres optiques, cinq d'entre eux étant visibles sur la figure 1. Tous les pyromètres sont agencés latéralement à la chambre de combustion 10, en étant chacun prévus sur au moins l'une de la paroi arrière 11, de la paroi avant 12 et des parois latérales 13. Les pyromètres permettent d'effectuer des mesures de température depuis la paroi de la chambre de combustion 10, sur laquelle ils sont prévus. Dans l'exemple de réalisation considéré sur les figures, tous ces pyromètres sont intégrés aux parois latérales 13 : plus précisément, la paroi latérale 13, visible sur la figure 1, intègre ainsi cinq pyromètres 50.1 à 50.5. Ces pyromètres 50.1 à 50.5 sont respectivement associés aux zones Z1 à Z5 du lit des combustibles solides C et, par-là, aux régions 14.1 à 14.5 de la grille 14, de manière que le pyromètre 50.1 mesure une température de la combustion primaire des combustibles solides C dans la zone Z1, le pyromètre 50.2 mesure une température de la combustion primaire des combustibles solides dans la zone Z2, et ainsi de suite, jusqu'au pyromètre 50.5 qui mesure une température de la combustion primaire des combustibles solides dans la zone Z5. Les mesures de température sont réalisées par les pyromètres 50.1 à 50.5 au plus proche du lit de combustibles solides C, en pointant notamment les gaz G respectivement issus des zones Z1 à Z5 du lit et en mesurant ainsi le rayonnement des composés gazeux et des particules solides présents dans ces gaz G.
  • L'agencement précis des pyromètres 50.1 à 50.5 sur la paroi latérale 13 n'est pas limitative de l'invention. En pratique, on comprend que l'axe de visée de chaque pyromètre 50.1 à 50.5 est parallèle ou sensiblement parallèle, c'est-à-dire parallèle à quelques degrés près, au plan de la grille 14. A titre préférentiel, notamment pour limiter le trajet optique entre les pyromètres et la combustion primaire, en particulier les gaz G, et pour avoir une intégration maximale du rayonnement thermique émis par la combustion primaire, les pyromètres 50.1 à 50.5 sont répartis sur la paroi latérale 13 suivant la direction d'avancement Z, en étant respectivement situés à l'aplomb vertical des zones Z1 à Z5 du lit des combustibles solides C, comme indiqué schématiquement sur la figure 1. Par ailleurs, suivant la direction verticale, chacun des pyromètres 50.1 à 50.5, qui sont nécessairement au-dessus de la grille 14, est préférentiellement situé à une distance verticale de cette dernière, qui est comprise entre la moitié et les deux tiers de l'écartement entre la grille 14 et l'admission de l'air secondaire S : de cette façon, les pyromètres 50.1 à 50.5 sont situés dans la moitié supérieure de l'écartement vertical entre la grille 14 et l'admission d'air secondaire S, pour éviter que des flammes générées par la combustion primaire ne perturbent les mesures de rayonnement réalisées par les pyromètres, sans pour autant se retrouver dans le tiers supérieur de cet écartement, pour éviter que le « froid » introduit dans la chambre de combustion 10 par l'air secondaire S ne perturbe les mesures réalisées par les pyromètres.
  • De même, le type des pyromètres optiques 50.1 à 50.5 n'est pas limitatif de l'invention, dès lors que ces pyromètres fournissent des mesures de température basées sur l'intensité des longueurs d'onde émises par un corps rayonnant. Préférentiellement, les pyromètres 50.1 à 50.5 sont des pyromètres laser bichromatiques, c'est-à-dire que, aux fins de la mesure de la température de la combustion primaire, chaque pyromètre émet, dans la chambre de combustion 10, au moins un faisceau laser présentant deux longueurs d'onde différentes : les pyromètres sont ainsi moins sensibles aux émissions de poussières. A titre d'exemple, la réponse spectrale de ces pyromètres est de l'ordre de 1 µm.
  • De plus, les spécificités relatives à la focalisation des pyromètres 50.1 à 50.5 ne sont pas non plus limitatives de l'invention. Ceci étant, une forme de réalisation préférentielle est illustrée à la figure 2 pour le pyromètre 50.1, étant entendu que cette forme de réalisation est applicable aux autres pyromètres 50.2 à 50.5. Ainsi, comme montré sur la figure 2, le pyromètre 50.1 est conçu, aux fins de la mesure de la température de la combustion primaire, pour émettre deux faisceaux laser dans la chambre de combustion 10, via une ouverture 13.1 de la paroi latérale 13. Chacun de ces deux faisceaux laser peut être bichromatique, comme évoqué plus haut. Dans tous les cas, ces deux faisceaux laser se croisent sensiblement dans le plan de la paroi latérale 13. Cet agencement économique permet de limiter le diamètre de l'ouverture 13.1, tout en gardant un champ de vue divergent important pour le pyromètre.
  • Dans tous les cas, les mesures des pyromètres 50.1 à 50.5 sont transmises, par toutes formes de liaison appropriées, à l'unité de commande 40 afin d'être traitées automatiquement par cette dernière, notamment par un calculateur ou un composant similaire de cette dernière. Quelles que soient les spécificités du traitement qui est réalisé par l'unité de commande et dont des exemples seront donnés plus loin, l'unité de commande 40 est conçue pour commander chacun des organes de réglage de débit 34.1 à 34.5, comme décrit plus haut, à partir des mesures de température respectivement fournies par les pyromètres 50.1 à 50.5.
  • Ci-après, on décrit plus avant des aspects relatifs à la régulation de l'installation de combustion 1.
  • Dans ce cadre, on considère que l'installation de combustion 1 est en fonctionnement normal, c'est-à-dire que sa chambre de combustion 10 est alimentée dans des conditions normales, à la fois, avec les combustibles solides C, l'air primaire P et l'air secondaire S, et que les combustions primaire et secondaire s'y déroulent, comme expliqué plus haut. Mis à part les aspects relatifs à la régulation de l'air primaire qui vont être présentés en détail ci-dessous, les autres aspects du fonctionnement de l'installation de combustion 1 sont bien connus dans la technique et ne seront donc pas présentés ici davantage.
  • Pendant que la chambre de combustion 10 fonctionne en conditions normales, les pyromètres 50.1 à 50.5 mesurent en continu la température de la combustion primaire des combustibles solides dans, respectivement, les zones Z1 à Z5 du lit. Les mesures de température réalisées par les pyromètres 50.1 à 50.5 sont envoyées en continu à l'unité de commande 40 afin d'être automatiquement traitées en temps réel par cette dernière. Suivant un mode de réalisation préférentiel pour le traitement opéré par l'unité de commande 40, cette dernière compare en temps réel les mesures de température fournies par chacun des pyromètres 50.1 à 50.5 à une consigne de température qui est propre au pyromètre considéré, autrement dit qui est propre à la zone associée à ce pyromètre parmi les zones Z1 à Z5 du lit des combustibles solides. Selon le résultat de cette comparaison propre à chacune des zones Z1 à Z5, l'unité de commande 40 transmet en temps réel à l'organe de réglage de débit correspondant, c'est-à-dire à celui des organes de réglage de débit 34.1 à 34.5 qui est associé à la zone concernée, une commande d'actionnement pour que l'organe de réglage de débit agisse sur le débit du flux d'air primaire, parmi les flux d'air primaire P1 à P5, qui correspond à la zone associée au pyromètre concerné. Par exemple, si, pour la zone Z2, la température mesurée par le pyromètre 50.2 est inférieure de 5% à la consigne de température propre à la zone Z2 pendant plus de cinq à dix secondes consécutives, l'unité de commande 40 actionne l'organe de réglage de débit 34.2 pour augmenter le débit du flux d'air primaire P2 de 10%.
  • En pratique, les consignes de température respectivement propres aux zones Z1 à Z5 sont préalablement fournies à l'unité de commande 40. Ces consignes de température peuvent être préfixées pour l'installation de combustion 1 ou, de préférence, sont déterminées, notamment par calcul, à partir d'une température de référence à laquelle est appliquée une correction qui est liée à la zone concernée parmi les zones Z1 à Z5 et qui, le cas échéant, est aussi liée à des caractéristiques des combustibles solides S, éventuellement mesurées en continu, telles que leur pouvoir calorifique, leur humidité, etc. La température de référence précitée est, quant à elle, soit préfixée, soit déterminée, le cas échéant en continu, à partir de la teneur en oxygène dans les fumées F, cette teneur étant mesurée typiquement à la sortie de la chaudière, comme évoqué dans la partie introductive du présent document.
  • Bien entendu, d'autres traitements que celui qui vient d'être décrit, peuvent être mis en œuvre par l'unité de commande 40, en particulier du moment que ces autres traitements confrontent les mesures des pyromètres 50.1 à 50.5 avec des consignes de température respectives, qui sont propres aux zones Z1 à Z5, afin de commander individuellement le débit des flux d'air primaire P1 à P5. Dans tous les cas, on comprend que l'unité de commande 40 et les organes de réglage de débit 34.1 à 34.5 forment conjointement des moyens de régulation qui permettent, à partir des mesures des pyromètres 50.1 à 50.5, de réguler les débits respectifs des flux d'air primaire P1 à P5 et, par-là, le débit total de l'air primaire P fourni par le dispositif d'admission 30 à la chambre de combustion 10. Le temps de réaction pour ces moyens de régulation est très faible, voire quasi instantané.
  • Par mesure de sécurité, en particulier pour éviter que le débit des flux d'air primaire P1 à P5 soit trop faible ou trop élevé, l'actionnement des organes de réglage de débit 34.1 à 34.5, commandé par l'unité de commande 40, peut être prévu dans une plage de variation substantielle, mais limitée. Les limites de cette plage de variation sont prédéterminées par l'expérience et/ou par d'autres paramètres opératoires de l'installation de combustion 1, tels que le tonnage des combustibles solides C introduits dans la chambre de combustion 10, la pression de l'air primaire P dans la conduite d'alimentation 35, le débit de vapeur produite par le ou les échangeurs de la chaudière, etc. Egalement à titre de contrôle et de sécurité, la température de référence, mentionnée plus haut, peut être comparée à la moyenne instantanée des mesures de température fournies par les pyromètres 50.1 à 50.5, pondérées par la taille des zones Z1 à Z5 respectivement associée à ces pyromètres.
  • Sur la figure 3 est représentée, à titre de variante de l'installation de combustion 1, une installation de combustion 101.
  • L'installation de combustion 101 est fonctionnellement similaire à l'installation de combustion 1 et, comme cette dernière, peut être intégrée à une chaudière.
  • L'installation de combustion 101 comporte une chambre de combustion 110 qui est fonctionnellement, voire structurellement similaire à la chambre de combustion 10 de l'installation de combustion 1. Ainsi, la chambre de combustion 110 est prévue pour être alimentée par les combustibles solides C, l'air primaire P et l'air secondaire S, en vue d'opérer la combustion primaire des combustibles solides C et la combustion secondaire des gaz G, comme expliqué en détail précédemment pour la chambre de combustion 10. En particulier, la chambre de combustion 110 comprend une paroi arrière 111, une paroi avant 112, des parois latérales 113 et une grille 114, qui sont respectivement similaires fonctionnellement, voire structurellement, aux composants 11 à 14 de la chambre de combustion 10. De plus, la chambre de combustion 110 est associée à une goulotte externe 120 et à une évacuation 121, qui sont respectivement similaires fonctionnellement, voire structurellement, à la goulotte externe 20 et l'évacuation 21.
  • L'installation de combustion 101 comporte également un dispositif d'admission 130 qui est fonctionnellement similaire au dispositif d'admission 30 de l'installation de combustion 1. La structure du dispositif d'admission 130 diffère de celle du dispositif d'admission 30.
  • Le dispositif d'admission 130 comporte un unique caisson 131 ayant une arrivée d'air 132 prévue pour être alimentée avec l'air primaire P. L'arrivée d'air 132 débouche dans un carter 133 du caisson 131, agencé au-dessous de la grille 114.
  • Comme représenté schématiquement sur la figure 3, l'arrivée d'air 132 est répartie en plusieurs subdivisions, qui, dans l'exemple considéré ici, sont au nombre de trois et qui sont respectivement référencées 132.1, 132.2 et 132.3. Chacune des subdivisions 132.1 à 132.3 relie une conduite d'alimentation 135, qui transporte l'air primaire P et qui est commune aux différentes subdivisions, au carter 133, en débouchant dans le volume interne de ce carter 133. Ainsi, les subdivisions 132.1 à 132.3 débouchent toutes dans un unique et même volume de distribution de l'air primaire, qui est agencé sous la grille 114 et qui est formé par le volume interne du carter 133. Les subdivisions 132.1 à 132.3 transportent respectivement des veines d'air primaire V1, V2 et V3, qui sont distinctes les unes des autres. Chacune de ces veines d'air V1 à V3 s'écoule ainsi, dans la subdivision correspondante 132.1 à 132.3, depuis la conduite d'alimentation 135 jusqu'au volume interne du carter 133.
  • Chacune des subdivisions 132.1 à 132.3 est pourvue d'un organe de réglage de débit 134.1 à 134.3 permettant de commander le débit de la veine d'air primaire correspondante V1 à V3. La forme de réalisation des organes de réglage du débit 134.1 à 134.3 n'est pas limitative de l'invention.
  • Dans l'exemple considéré sur la figure 3, chacun des organes de réglage du débit 134.1 à 134.5 comporte un registre 136, qui est agencé à l'intérieur de la subdivision correspondante 132.1 à 132.3 et qui est prévu pour pivoter sur lui-même afin de régler le débit de la veine d'air primaire correspondante V1 à V3. Ce registre 136 est par exemple un registre papillon.
  • Une forme de réalisation alternative pour les organes de réglage de débit 134.1 à 134.3 est illustrée à la figure 4. Plus précisément, la figure 4 montre une forme de réalisation alternative pour l'organe de réglage de débit 134.1, étant entendu que cette forme de réalisation alternative peut être appliquée aux autres organes de réglage de débit 134.2 et 134.3. Dans la forme de réalisation illustrée à la figure 4, l'organe de réglage de débit 134.1 comporte deux volets 138A et 138B, qui sont agencés de manière symétrique à l'intérieur de la subdivision 132.1, en étant chacun articulé par rapport à cette subdivision. Moyennant leur déplacement articulé par rapport à la subdivision 132.1, les volets 138A et 138B s'écartent ou se rapprochent l'un de l'autre, de manière symétrique l'un vis-à-vis de l'autre, en modifiant ainsi la taille de la section d'écoulement de la subdivision 132.1, tout en gardant cette section d'écoulement centrée sur l'axe central de la subdivision 132.1, comme indiqué schématiquement sur la figure 4. La symétrie de l'agencement et des déplacements des volets 138A et 138 permet de commander le débit de la veine d'air primaire V1 avec une faible perte de charge, en particulier sans modifier de manière importante la vitesse d'écoulement de la veine d'air V1 dans la subdivision 132.1. En pratique, la perte de charge est d'autant plus limitée que les volets 138A et 138B sont faiblement inclinés, typiquement à moins de 45°, par rapport à l'axe d'écoulement de la veine d'air V1 dans la subdivision 132.1. Ainsi, lors de variations du débit d'air primaire qui sont opérées par exemple lors de variations de charge de l'installation de combustion 101, le maintien de la vitesse des veines d'air V1, V2 et V3 dans le caisson 130 permet une plus faible variation de la pénétration des veines d'air dans le caisson, cette pénétration étant proportionnelle à la quantité de mouvement, c'est-à-dire au produit entre le débit et la vitesse, et par conséquent permet de conserver plus facilement la répartition des flux d'air P1, P2 et P3, définis un peu plus loin, entre les différentes zones Z1, Z2 et Z3, également définies un peu plus loin. Afin de commander en déplacement les volets 138A et 138B, l'organe de réglage de débit 134.1 comporte un actionneur 139, tel qu'un vérin, qui est relié aux volets 138A et 138B de manière appropriée, par exemple par des biellettes, comme illustré schématiquement sur la figure 4.
  • Suivant une disposition optionnelle, illustrée par la figure 3, l'arrivée d'air 132 s'étend sensiblement à l'horizontale, en faisant s'écouler sensiblement à l'horizontale les veines d'air primaire V1 à V3 dans les subdivisions 132.1 à 132.3, jusqu'à déboucher ainsi dans le volume interne du carter 133 en traversant latéralement ce carter. Autrement dit, le carter 133 n'est agencé dans le prolongement vertical vers le haut de l'arrivée d'air du caisson. De plus, pour des raisons aérauliques qui apparaitront plus loin, les subdivisions 132.1 à 132.3 de l'arrivée d'air 132 sont alors agencées les unes au-dessus des autres : sur la figure 3, la subdivision 132.1 est agencée au-dessus de la subdivision 132.2 qui est elle-même agencée au-dessus de la subdivision 132.3.
  • Quelles que soient les spécifications de réalisation des subdivisions 132.1 à 132.3 de l'arrivée d'air 132, le carter 133 est aménagé intérieurement pour diriger les veines d'air primaire V1 à V3, sortant de l'arrivée d'air 132, vers des régions respectives 114.1, 114.2 et 114.3 de la grille 114, qui se succèdent suivant la direction d'avancement Z. En d'autres termes, le volume interne du carter 133 est pourvu d'aménagements qui permettent d'agir sur l'écoulement des veines d'air primaire V1 à V3, une fois sorties des subdivisions 132.1 à 132.3, de manière que ces veines d'air primaire forment, à la sortie du caisson 131, des flux d'air primaire respectifs P1', P2' et P3', qui sont envoyés, au-dessous de la grille 114, respectivement vers les régions 114.1 à 114.3 de cette grille. On comprend que les veines d'air V1 à V3 sortant respectivement des subdivisions 132.1 à 132.3 pénètrent ainsi toutes dans un même volume unique formé par le volume interne du carter 133, où les aménagements aérauliques précités permettent l'écoulement interdépendant et le guidage des flux d'air primaire P1, P2 et P3 jusqu'aux régions 114.1 à 114.3 de la grille 114. Ainsi, pour l'installation de combustion 101, ces flux d'air primaire P1' à P3' sont, conjointement, fonctionnellement similaires aux flux d'air primaire P1 à P5 décrits plus haut en lien avec l'installation de combustion 1.
  • Dans la forme de réalisation montrée à la figure 3, les aménagements internes correspondants du caisson 101 comportent des déflecteurs plans 137.1 et 137.2. Chaque déflecteur 137.1, 137.2 forme avec la verticale un angle compris entre 0 et 20°, ce qui revient à dire que chacun des déflecteurs 137.1 et 137.2 s'étend soit rigoureusement à la verticale, soit de manière légèrement inclinée par rapport à la verticale. Les déflecteurs 137.1 et 137.2 sont agencés à l'intérieur du carter 133 de manière fixe ou de manière légèrement mobile par réglage manuel. Dans tous les cas, cet agencement des déflecteurs 137.1 et 137.2 présente des avantages aéraulique et pratique: d'une part, les déflecteurs 137.1 et 137.2 peuvent ainsi modifier la direction des écoulements d'air à l'intérieur du carter 133, en passant de la direction d'écoulement sensiblement horizontale pour les veines d'air primaire V1 à V3 à la direction d'écoulement sensiblement verticale pour les flux d'air primaire P1 ' à P3' ; d'autre part, les déflecteurs 137.1 et 137.2 évitent l'accumulation de cendres qui leur tombent dessus depuis la grille 114. Par ailleurs, pour agir sélectivement sur les différentes veines d'air primaire V1 à V3, les déflecteurs 137.1 et 137.2 sont agencés de manière étagée : plus précisément, les extrémités inférieures respectives des déflecteurs 137.1 et 137.2 sont étagées l'une par rapport à l'autre. Dans l'exemple considéré sur la figure 3, l'extrémité inférieure du déflecteur 137.1 est située, verticalement, sensiblement au même niveau que la séparation entre les subdivisions 132.1 et 132.2 et, horizontalement, dans la moitié du volume interne du carter 133, tournée vers l'arrivée d'air 132 ; quant à l'extrémité inférieure du déflecteur 137.2, elle est située, verticalement, sensiblement au niveau de la séparation entre les subdivisions 132.2 et 132.3 et, horizontalement, dans la moitié du volume interne du carter 133, opposée à l'arrivée d'air 132. Bien entendu, les spécificités de l'étagement des extrémités inférieures des déflecteurs 137.1 et 137.2 peuvent s'écarter de ce qui vient d'être décrit en lien avec l'exemple de la figure 3. En pratique, cet étagement peut être optimisé par des calculs préalables de mécanique des fluides numérique, en considérant l'installation de combustion 101 dans un régime de fonctionnement nominal. Dans tous les cas, l'étagement des extrémités inférieures respectives des déflecteurs 137.1 et 137.2 est prévu pour que les déflecteurs 137.1 et 137.2 interagissent sélectivement sur les veines d'air primaire V1 à V3 pour orienter respectivement ces dernières vers les régions correspondantes 114.1 à 114.3 de la grille 114 : dans l'exemple de la figure 3, la veine d'air primaire V1 est déviée par le déflecteur 137.1, la veine d'air primaire V2 échappe au déflecteur 137.1 mais est déviée par le déflecteur 137.2, et la veine d'air V3 échappe aux déflecteurs 137.1 et 137.2.
  • Quels que soient les aménagements internes du carter 133 permettant de former les flux d'air primaire P1' et P3' à partir des veines d'air primaire V1 à V3, ces flux d'air primaire P1' à P3' sont, comme indiqué plus haut, respectivement associés aux portions 114.1 à 114.3 de la grille 114 et, par-là, respectivement associés à des zones correspondantes Z1' à Z3' du lit que forment les combustibles solides C sur la grille 114. Conjointement, ces zones Z1' à Z3' du lit sont fonctionnellement similaires aux zones Z1 à Z5 décrites plus haut en lien avec l'installation de combustion 1. Avantageusement, et en tenant compte des explications données précédemment en lien avec l'installation de combustion 1, la zone Z1 du lit de combustibles solides dans l'installation de combustion 101 correspond à une zone de séchage pour les combustibles solides C, la zone Z2 correspond à une zone de gazéification pour la partie volatile des combustibles solides et de combustion pour la partie non volatile de ces combustibles solides, et la zone Z3 correspond à une zone de refroidissement et de finition de combustion pour la partie non volatile des combustibles solides.
  • Dans le prolongement des considérations qui précèdent, une disposition optionnelle avantageuse consiste à prévoir que les subdivisions 132.1 à 132.3 de l'arrivée d'air 132 n'ont pas la même section transversale, mais présentent des sections transversales dont les tailles respectives sont différentes les unes des autres : dans l'exemple illustré sur la figure 3, la subdivision 132.2 est prévue avec une taille plus grande, de l'ordre du double, que celle de la section de chacune des subdivisions 132.1 et 132.3, car, en régime de fonctionnement nominal pour l'installation de combustion 101, la quantité d'air primaire à transporter par la subdivision 132.2, dont la veine correspondante V2 est associée à la zone Z2, est prévue de l'ordre du double de celle à transporter par chacune des subdivisions 132.1 et 132.3, dont les veines correspondantes V1 et V3 sont respectivement associées aux zones Z1 et Z3.
  • L'installation de combustion 101 comporte également une unité de commande 140 et trois pyromètres 150.1, 150.2 et 150.3, qui sont respectivement similaires fonctionnellement, voire identiques structurellement, à l'unité de commande 40 et aux pyromètres 50.1 à 50.5 de l'installation de combustion 1. Ainsi, en tenant compte des explications données précédemment en lien avec l'installation de combustion 1, on comprend que les pyromètres 150.1 à 150.3 sont respectivement associés aux zones Z1 à Z3 du lit des combustibles solides C, en mesurant la température de la combustion primaire dans, respectivement, les zones Z1 à Z3 et en fournissant les mesures de température correspondantes à l'unité de commande 140 qui, par traitement automatique, commande l'actionnement individuel des organes de réglage de débit 134.1 à 134.3, chacun de ces organes de réglage de débit étant ainsi ajusté en fonction des mesures du pyromètre associé à la zone vers laquelle est envoyée la veine d'air primaire dont le débit est commandé par cet organe de réglage de débit.
  • La régulation de l'installation de combustion 101 est similaire à celle de l'installation de combustion 1, de sorte qu'on ne décrira pas ici en détail la régulation de l'installation de combustion 101, en renvoyant aux considérations développées plus haut pour la régulation de l'installation de combustion 1.
  • Quelles que soient les spécificités de réalisation et de régulation de l'installation de combustion 101, cette dernière peut apporter, notamment comparativement à l'installation de combustion 1, des avantages économiques et de compacité. En effet, au lieu d'utiliser les multiples caissons distincts 31.1 à 31.5, l'installation de combustion 101 ne prévoit que le seul caisson 131 pour admettre l'air primaire P sous la grille 114, moyennant la subdivision de son arrivée d'air 132 et la présence d'aménagements aérauliques internes de son carter 133, tels que les déflecteurs 137.1 et 137.2, tout en maîtrisant la répartition spatiale et quantitative de l'air admis dans la chambre de combustion 110. De plus, en agençant l'arrivée d'air 132 à l'horizontale et en la raccordant latéralement au carter 133, le dispositif d'admission 130 est encore plus compact, en évitant une surélévation onéreuse de la chambre de combustion 110 par rapport à la conduite d'alimentation 135. D'autres avantages sont déductibles de ce qui précède par l'homme du métier.
  • Au-delà de ce qui a été décrit jusqu'ici pour les installations de combustion 1 et 101, divers aménagements et variantes à ces installations de combustion et à leur procédé de régulation peuvent être envisagés :
    • Pour une zone donnée du lit des combustibles solides C, parmi les zones Z1 à Z5 ou parmi les zones Z1' à Z3', plus d'un pyromètre peut être prévu. En particulier, une paire de pyromètres peut ainsi être associée à au moins l'une des zones Z1 à Z5 ou Z1' à Z3', voire à chacune des zones Z1 à Z5 ou Z1' à Z3', les deux pyromètres de chaque paire étant prévus sur respectivement l'une et l'autre des deux parois latérales 13, typiquement en regard horizontal l'un de l'autre, ce qui permet de mesurer la température de la combustion primaire dans la zone concernée depuis chaque côté latéral de la grille 14. Les mesures provenant respectivement des différents pyromètres pour une zone du lit donnée sont alors moyennées pour les besoins du traitement par l'unité de commande 40 ou 140.
    • Plutôt que d'ajuster individuellement les débits respectifs des flux d'air primaire P1 à P5 ou P1' à P3', il peut être prévu de réguler le débit de l'air primaire dans la conduite d'alimentation 35 ou 135, au moyen d'un organe de réglage de débit ad hoc, prévu sur cette conduite d'alimentation et commandé par l'unité de commande 40 ou 140. La régulation de l'installation de combustion permet alors d'ajuster le débit total de l'air primaire P transitant par le dispositif d'admission 30 ou 130. Dans ce cas, un unique pyromètre, similaire aux pyromètres 50.1 à 50.5 et 150.1 à 150.3, peut être utilisé. Bien entendu, plusieurs pyromètres peuvent aussi être utilisés, leur mesure respective étant moyennée pour les besoins du traitement de l'unité de commande 40 ou 140. Le débit total de l'air primaire ainsi régulé est ensuite réparti dans les différentes zones par les organes de réglages de débit 34.1 à 34.5 ou 134.1 à 134.3.
    • Le nombre, selon lequel le lit des combustibles solides C est réparti en zones et donc selon lequel la grille 14 ou 114 est répartie en régions, peut différer de celui envisagé pour les installations de combustion 1 et 101. Ceci étant, ce nombre est préférentiellement d'au moins trois afin d'inclure les trois principales zones correspondant aux effets physico-chimiques successifs de la combustion primaire, à savoir une zone de séchage pour les combustibles solides, une zone de gazéification pour une partie volatile des combustibles solides et de combustion pour une partie non volatile des combustibles solides, et une zone de refroidissement et de finition de combustion pour la partie non volatile des combustibles solides.
    • Il peut être envisagé de supprimer l'admission de l'air secondaire S dans l'installation de combustion 1 ou 101. Dans ce cas, chacun des pyromètres 50.1 à 50.5 ou 150.1 à 150.3 est préférentiellement situé, au-dessus de la grille 14 ou 114, à une distance verticale comprise entre 1,5 m et 5 m vis-à-vis de cette grille.
  • Quelles que soient les spécificités de réalisation du procédé et de l'installation de combustion conformes à l'invention, les avantages apportés par cette invention, notamment comparativement aux techniques actuelles évoquées dans la partie introductive du présent document, sont nombreux.
  • Ainsi, comme les mesures de température opérées par les pyromètres sont instantanées et au plus proche de la combustion primaire, la régulation de l'installation de combustion peut être conduite en temps réel, ou en tout cas avec des temps de réaction bien inférieurs aux techniques existantes. Ce temps de réaction très court est adapté aux vitesses observées pour les phénomènes complexes liés à la combustion primaire.
  • Le temps de réponse et la représentativité des mesures de température par les pyromètres permettent une grande précision du dosage de l'air primaire et une bonne maîtrise du ratio entre la quantité d'air consommée par la combustion primaire et la quantité de combustibles solides brûlée par la combustion primaire, et ce, avantageusement, dans différentes zones du lit formé par les combustibles solides, notamment les trois principales zones mentionnées plus haut. L'invention permet ainsi d'apporter quasi instantanément et, avantageusement, localement la quantité d'air juste nécessaire à la combustion primaire.
  • Cet ajustement « au plus près » de la quantité d'air primaire induit une diminution du débit global d'air primaire, ce qui est favorable à une diminution de la taille de l'installation de combustion, à son efficacité énergétique et à une diminution des émissions de polluants. En effet, en maîtrisant la cinétique de la combustion primaire, il est possible de contrôler la formation/transformation de nombreux polluants, tels que le monoxyde de carbone, les oxydes d'azote et les composés organiques gazeux.
  • L'ajustement « au plus près » de la quantité d'air primaire permet également de maîtriser les températures dans toute la partie basse de la chambre de combustion. Cela permet d'améliorer les performances des équipements en aval de la chambre de combustion, notamment la production de vapeur par les échangeurs de la chaudière. Cela permet aussi de limiter la formation, par fusion, d'oxydes à haute température, sources de dépôts qui affectent le rendement thermique et qui sont difficiles à enlever par les techniques de nettoyage usuelles. Cela permet également de réduire considérablement, voire d'annuler, le besoin en air secondaire et/ou de diminuer le nombre de niveau verticaux d'injection d'air secondaire. L'installation de combustion s'en trouve simplifiée, au moins en réduisant le volume entre la grille et l'admission d'air secondaire, ce qui est source d'économie importante.
  • La maîtrise des températures en partie basse de la chambre de combustion évite également des pics locaux de température qui seraient excessifs et permet d'utiliser, pour des combustibles solides à pouvoir calorifique élevé, des systèmes traditionnels généralement limités à des combustibles solides à plus faible pouvoir calorifique, tels que des grilles non refroidies à l'eau ou des revêtements réfractaires standard, notamment non nitrurés.
  • D'autres avantages de l'invention ont été aussi évoqués précédemment ou sont déductibles de ce qui précède par l'homme du métier.

Claims (13)

  1. Procédé de régulation d'une installation de combustion (1 ; 101), dans lequel des combustibles solides (C) sont introduits dans une chambre de combustion (10 ; 110) et y brûlent selon une combustion primaire en présence d'air primaire (P) qui est introduit dans la chambre de combustion avec un débit d'air primaire, caractérisé en ce que la combustion primaire des combustibles solides (C) présente une température qui est mesurée dans la chambre de combustion (10 ; 110) par un ou plusieurs pyromètres optiques (50.1 à 50.5 ; 150.1 à 150.3), qui sont agencés latéralement à la chambre de combustion et qui pointent des gaz de combustion (G) générés par la combustion primaire à proximité immédiate des combustibles solides de manière à mesurer le rayonnement d'à la fois ces gaz de combustion et des particules solides que contiennent ces gaz de combustion, et en ce que le débit d'air primaire est commandé en fonction des mesures du ou des pyromètres.
  2. Procédé suivant la revendication 1,
    dans lequel la chambre de combustion (10 ; 110) est délimitée vers le bas par une grille (14 ; 114) sur laquelle les combustibles solides (C) forment un lit qui est mobile suivant une direction d'avancement (Z) dans la chambre de combustion, et
    dans lequel l'air primaire (P) est admis sous la grille, avec le débit d'air primaire, avant de traverser la grille pour entrer dans la chambre de combustion et atteindre le lit des combustibles solides.
  3. Procédé suivant la revendication 2, dans lequel chaque pyromètre (50.1 à 50.5 ; 150.1 à 150.3) présente un axe de visée qui est sensiblement parallèle au plan de la grille (14 ; 114).
  4. Procédé suivant la revendication 2 ou 3,
    dans lequel le lit des combustibles solides (C) est réparti en plusieurs zones (Z1 à Z5 ; Z1' à Z3') qui se succèdent selon la direction d'avancement (Z),
    dans lequel chacune des zones est associée à au moins un des pyromètres (50.1 à 50.5 ; 150.1 à 150.3) de manière que, pour chaque zone, le ou les pyromètres associés à la zone mesurent la température de la combustion primaire des combustibles solides dans cette zone, et
    dans lequel l'air primaire (P) est admis sous la grille (14 ; 114) en étant réparti en des flux d'air primaire (P1 à P5 ; P1' à P3') qui sont respectivement associés aux zones de manière que, pour chaque zone, le flux d'air primaire associé à la zone est envoyé vers cette zone avec un débit qui est commandé en fonction des mesures du ou des pyromètres associés à cette zone.
  5. Procédé suivant la revendication 4, dans lequel les zones (Z1 à Z5 ; Z1' à Z3') sont au nombre d'au moins trois et incluent :
    - une zone de séchage pour les combustibles solides (C),
    - une zone de gazéification pour une partie volatile des combustibles solides et de combustion pour une partie non volatile des combustibles solides, et
    - une zone de refroidissement et de finition de combustion pour la partie non volatile des combustibles solides.
  6. Procédé suivant l'une des revendications 4 ou 5,
    dans lequel l'air primaire (P) est admis sous la grille (14) en étant réparti par des caissons distincts (31.1 à 31.5) qui sont respectivement associés aux zones (Z1 à Z5) de manière que, pour chaque zone, le flux d'air primaire (P1 à P5) associé à la zone est formé à une sortie d'air (33.1 à 33.5) du caisson associé à cette zone tandis qu'une entrée d'air (32.1 à 32.5) du caisson associé à la zone est munie d'un organe de réglage de débit (34.1 à 34.5), commandé en fonction des mesures du ou des pyromètres (50.1 à 50.5) associé à cette zone.
  7. Procédé suivant l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel l'air primaire (P) est admis sous la grille (114) par un unique caisson (131) qui :
    - présente une arrivée d'air (132) répartie en plusieurs subdivisions (132.1 à 132.3), qui sont respectivement associées aux zones (Z1' à Z3') et dans lesquelles s'écoulent des veines d'air primaire respectives (V1 à V3) distinctes, chaque subdivision étant pourvue d'un organe de réglage de débit (134.1 à 134.3), commandé en fonction des mesures du ou des pyromètres (150.1 à 150.3) associés à la zone correspondante, et
    - comprend un carter (133) dont le volume interne forme, sous la grille (114), un unique volume de distribution de l'air primaire, dans lequel débouchent les subdivisions (132.1 à 132.3), le volume interne du carter étant pourvu d'aménagements aérauliques internes (137.1, 137.2) conçus pour agir sur l'écoulement des veines d'air (V1 à V3), une fois sorties des subdivisions, de manière à diriger ces veines d'air primaire vers la grille (114) pour former respectivement les flux d'air primaire (P1' à P3').
  8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 à 7,
    dans lequel de l'air secondaire (S) est admis dans la chambre de combustion (10 ; 110) au-dessus de la grille (14 ; 114) pour opérer une combustion secondaire des gaz de combustion (G) générés par la combustion primaire des combustibles solides (C), et
    dans lequel le ou les pyromètres (50.1 à 50.5 ; 150.1 à 150.3) sont situés à une distance verticale de la grille, qui est comprise entre la moitié et les deux tiers de l'écartement entre la grille et l'admission de l'air secondaire.
  9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, pour mesurer la température de la combustion primaire des combustibles solides (C), le ou chaque pyromètre (50.1 à 50.5 ; 150.1 à 150.3) émet au moins un faisceau laser bichromatique dans la chambre de combustion (10 ; 110).
  10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, pour mesurer la température de la combustion primaire des combustibles solides (C), le ou chaque pyromètre (50.1 à 50.5 ; 150.1 à 150.3) émet dans la chambre de combustion (10 ; 110) deux faisceaux laser qui se croisent sensiblement dans le plan d'une paroi (13) de la chambre de combustion, sur laquelle le pyromètre est prévu.
  11. Installation de combustion (1 ; 101), comportant :
    - une chambre de combustion (10 ; 110), adaptée pour que des combustibles solides (C) y soient introduits et y brûlent selon une combustion primaire en présence d'air primaire (P), et
    - un dispositif d'admission (30; 130), adapté pour alimenter la chambre de combustion avec l'air primaire selon un débit d'air primaire,
    caractérisée en ce que l'installation de combustion comporte en outre :
    - un ou plusieurs pyromètres optiques (50.1 à 50.5 ; 150.1 à 150.3), qui sont agencés latéralement à la chambre de combustion (10 ; 110) et qui sont adaptés pour mesurer une température de la combustion primaire dans la chambre de combustion, en pointant des gaz de combustion (G) générés par la combustion primaire à proximité immédiate des combustibles solides de manière à mesurer le rayonnement d'à la fois ces gaz de combustion et des particules solides que contiennent ces gaz de combustion, et
    - des moyens de régulation (34.1 à 34.5, 40 ; 134.1 à 134.3, 140) adaptés pour, à partir des mesures du ou des pyromètres, commander le débit d'air primaire du dispositif d'admission (30 ; 130).
  12. Installation de combustion suivant la revendication 11,
    dans laquelle l'installation de combustion (1 ; 101) comporte en outre une grille (14 ; 114) :
    - qui délimite vers le bas la chambre de combustion (10 ; 110),
    - qui est adaptée pour supporter un lit qui est formé par les combustibles solides (C) et qui est mobile suivant une direction d'avancement (Z) dans la chambre de combustion, et
    - sous laquelle le dispositif d'admission (30 ; 130) débouche de manière que l'air primaire (P) fourni par le dispositif d'admission selon le débit d'air primaire entre dans la chambre de combustion en traversant la grille,
    dans laquelle le dispositif d'admission (30 ; 130) est adapté, à la fois, pour répartir l'air primaire en des flux d'air primaire (P1 à P5 ; P1' à P3'), et pour envoyer ces flux d'air primaire respectivement vers des régions associées (14.1 à 14.5 ; 114.1 à 114.3) de la grille, qui se succèdent suivant la direction d'avancement (Z), et
    dans laquelle les moyens de régulation (34.1 à 34.5, 40 ; 134.1 à 134.3, 140) sont adaptés pour commander le débit de chacun des flux d'air primaire (P1 à P5 ; P1' à P3') à partir des mesures du ou des pyromètres (50.1 à 50.5 ; 150.1 à 150.3) mesurant la température de combustion primaire d'une zone (Z1 à Z5 ; Z1' à Z3') du lit, qui est supportée par la région de la grille, vers laquelle le dispositif d'admission envoie le flux d'air primaire.
  13. Installation de combustion suivant la revendication 12,
    dans laquelle la chambre de combustion (10 ; 110) est prévue pour y admettre de l'air secondaire au-dessus de la grille (14 ; 114) pour opérer une combustion secondaire des gaz de combustion (G) générés par la combustion primaire des combustibles solides (C), et
    dans laquelle le ou les pyromètres (50.1 à 50.5 ; 150.1 à 150.3) sont situés à une distance verticale de la grille, qui est comprise entre la moitié et les deux tiers de l'écartement entre la grille et l'admission de l'air secondaire.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2077892A (en) * 1980-06-12 1981-12-23 Towler & Son Ltd Refuse incinerator
WO1990009552A1 (fr) 1989-02-14 1990-08-23 L. & C. Steinmüller Gmbh Procede et dispositif pour mesurer le rayonnement emis en au moins deux points separes dans l'espace dans un processus de combustion et pour reguler ce dernier en fonction du rayonnement mesure
US5762008A (en) * 1993-04-20 1998-06-09 Martin Gmbh Fuer Umwelt- Und Enetgietechnik Burning fuels, particularly for incinerating garbage
EP1489355A1 (fr) 2003-06-18 2004-12-22 SAR Elektronic GmbH Procédé et appareil pour réguler la puissance thermique d'un incinérateur

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