FR3081108A1

FR3081108A1 - Procede de traitement de fumees generees par une combustion de bois et dispositif pour la mise en oeuvre de procede.

Info

Publication number: FR3081108A1
Application number: FR1870579A
Authority: FR
Inventors: Yvan Pesenti; Denis Vernay; Mathieu Lugrin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-05-19
Filing date: 2018-05-19
Publication date: 2019-11-22
Also published as: WO2019224145A1; EP3796990A1

Abstract

Procédé de traitement de fumées générées par une combustion de bois et dispositif pour la mise en œuvre de ce traitement permettant une augmentation de rendement thermique par condensation de ces fumées ainsi qu'une dépollution conjointe des fumées et des eaux excédentaires rejetées aux eaux usées. Pour cela les fumées sont condensées par un lavage spécifique adapté à ces fumées très chargées qui permet un transfert de polluants des fumées vers les eaux de lavage. Les polluants étant alors traités en phase aqueuse dans les eaux de lavage, par une séparation re-combustion des composés organiques volatils, une oxydation par ozonation en phase aqueuse des autres polluants et une neutralisation continue de la totalité des eaux de lavage en combinaison avec l'ozonation.

Description

Titre de l’invention : Procédé de traitement de fumées générées par une combustion de bois et dispositif pour la mise en œuvre de procédé.

[0001] La présente invention concerne l’augmentation de rendement par condensation et la dépollution des dispositifs de chauffage par combustion de bois.

[0002] En 2018 la biomasse est la première source d’énergie renouvelable mondiale, très loin devant l’hydroélectricité, l’éolien et le photovoltaïque réunis (source AIEA). A la condition d’une bonne gestion de la ressource, le bilan carbone hors exploitation est neutre. Il n’en va malheureusement pas de même pour les émissions en polluants réglementés (Particules, CO, NOx, SO₂, COV, HAP), qui vont de l’épouvantable, au très mauvais pour les meilleurs dispositifs de combustion. Sur chacun de ces polluants réglementés, la combustion du bois émet de 10 à 1000 fois plus que les différents combustibles fossiles classiques, à l’exception du SO₂ où le charbon parvient à des valeurs encore plus mauvaises.

[0003] Cela ne doit pas faire oublier que le bois détient d’autres records et en premier lieu celui du meilleur bilan carbone et de très loin devant tous les autres combustibles fossiles.

[0004] Le rendement de conversion énergétique de la photosynthèse est sensiblement égal à celui des cellules photoélectriques tout en proposant un stockage de cette énergie.

[0005] Et justement le bois est le champion toutes catégories du stockage d’énergie renouvelable. Un seul petit kilo de bois sec contient 5 kWh d’énergie en PCI (pouvoir calorifique inférieur), soit l’équivalent du turbinage de 18 tonnes d’eau sur une chute de 100 mètres.

[0006] Ce qui confère au bois la caractéristique rare, d’être une énergie renouvelable disponible lorsque l’on en a besoin.

[0007] Il est donc de première importance d’accomplir des progrès sur les points faibles de ce formidable combustible renouvelable et de le valoriser au maximum, c’est-à-dire faire progresser le rendement des installations et en réduire la pollution.

[0008] Cette pollution conduit déjà, dans de nombreuses régions, à de sérieux dépassements des seuils de pollution admis, alors que l’utilisation de ce combustible va inévitablement s’accentuer avec la raréfaction et les dégâts que provoque le fossile, voire le nucléaire. C’est sur les installations individuelles ou de petites puissances, que le problème est le plus ardu à résoudre, car de coûteux traitements de fumée, sont alors hors de portée économique.

[0009] Certaines technologies récentes apportent déjà des progrès. Ces progrès, vont presque toujours de pair avec le cercle vertueux du rendement des appareils, même si les mesures de polluants émis sont souvent mesurés par Nm³ de fumée et non pas par kWh restitué.

[0010] Pour classer certaines de ces technologies de la pire à la meilleure qui reste cependant encore très polluante :

[0011] -Les foyers ouverts qui sont aujourd’hui, plus classés en feux d’agrément décoratifs, qu’en moyens de chauffage ; avec un rendement de l’ordre de 20%, des émissions au kWh restitué catastrophiques.

[0012] -Une technologie récente de foyer ouvert à réchauffage d’air secondaire et recirculation partielle de fumée (EGR) brevet EP2923152B1 permet un rendement et des émissions qui s’approchent de celles des poêles à combustion simple.

[0013] -Les poêles ou chaudière à combustion simple, dont le rendement est compris entre 40 et 60 % avec beaucoup de poussières, CO, NOx , COV, HAP.

[0014] -Les poêles ou chaudières à double combustions, apportent un net progrès en rendement qui peut atteindre 80% ainsi qu’en poussières et polluants.

[0015] -Les poêles et chaudières régulées à granulés ou copeaux, apportent encore un net progrès sur tous les plans avec des rendements qui peuvent réellement atteindre 90% à petite puissance, lorsqu’ils sont totalement propres. Situation qui ne perdure malheureusement pas longtemps avec les suies très collantes produites par ces combustibles.

[0016] -Les chaudières à bûches régulées et flammes inversées qui parviennent sensiblement aux mêmes résultats.

[0017] -Certains fabricants proposent des traitements catalytiques des fumées, soit intégrés, soit en post traitement dans le conduit de cheminée comme dans le brevet WO2009144393A1. Leur efficacité reste partielle et porte surtout sur le CO. Ils ne sont efficaces qu’à chaud, sur une plage de température assez étroite et sont sensibles à l’encrassement, comme à la surchauffe, ainsi qu’au soufre contenu dans le bois. La régulation de cette température est donc très délicate sur un poêle qui est chargé par intermittences et souvent ré-allumé. Les résultats sont variables, notamment parce que certains protocoles de mesure de pollution déduisent les valeurs de tous les polluants de la valeur en CO, ce qui est très favorable à ce dispositif. Certains systèmes sont parfois préchauffés par une résistance électrique pour avoir une efficacité plus rapide et moins d’encrassement au démarrage, la consommation électrique n’est plus négligeable sur un poêle ré-allumé journellement. Mais surtout les tests d’endurance montrent que leur efficacité se dégrade très rapidement.

[0018] -Le dispositif le plus performant du moment est sans doute la chaudière à pellets régulée, à condensation décrite dans le brevet EP3246652A1, dont le rendement sur PCI peut dépasser 105% si le retour d’eau sur chaudière est suffisamment froid. Les polluants par kWh restitué, sont ainsi réduits par l’excellent rendement, mais aussi par la condensation qui capte une partie des poussières et des autres polluants, dont une partie passe en solution dans les condensats. Ce brevet décrit une condensation par condenseur à flux séparé, avec des spécificités capables de lui permettre fonctionner sur les fumées très chargées de combustion de bois. Si les retours sont suffisamment froids, ce dispositif condense momentanément une bonne partie des COV (composés organiques volatils). En dépit d’une combustion au meilleur du savoir-faire du moment, les polluants demeurent importants en quantité dans les fumées avant la condensation. Parmi les polluants captés sur les parois humides du condenseur, les COV, les HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques) ainsi que les autres particules de manière plus générique vont se mélanger et former une sorte de cambouis très adhérent sur le condenseur qui s’encrasse très rapidement, si bien qu’un fréquent cycle automatique de ramonage mécanique et rinçage du condenseur à l’eau claire est nécessaire pour le maintenir à un niveau de performance acceptable. Sur des modèles commercialisés, l’encrassement du condenseur est tel que cette opération de ramonage mécanique arrosée est nécessaire plusieurs fois par jour. Ce lavage du condenseur et les condensats, évacuent les polluants captés vers les eaux usées, auxquelles l’homme est moins directement sensible que les pollutions aériennes. Cependant les COV, dont le particulièrement toxique Benzène, qui par définition ont une pression de vapeur élevée retournent très rapidement dans l’atmosphère après leur rejet aux eaux usées. Notons aussi qu’une partie des HAP qui sont très hydrophobes vont réussir à éviter les parois humides du condenseur et rejoindre l’atmosphère, tandis que la partie captée de ces HAP va polluer les eaux usées, puis les eaux pour de nombreuses années avec ces polluants très persistants et hautement cancérigènes. Les acides créés lors du passage en solution des NO₂, SO₂, Cl et autres, ne peuvent être neutralisés qu’en sortie de dispositif, ce qui impose une réalisation de haute qualité, capable de résister à ces acides forts et une plus faible captation des ces polluants gazeux par la forte concentration en acide des condensats dans le condenseur. Mais même si ce dispositif onéreux ne fonctionne que sur pellets avec une combustion au meilleur du savoir-faire du moment, les résultats sont déjà remarquables en comparaison d’autres dispositifs.

[0019] D’une manière plus générale, la condensation des fumées de chauffage au bois par échangeur à flux séparés est délicate à réaliser car ces fumées sont trop sales pour ce type d’échangeur.

[0020] Pourtant, la condensation des fumées de chauffage au bois est doublement intéressante d’un point de vue rendement, car d’une part le bois contient environ 6% en masse d’atomes d’hydrogène, qui vont produire par combustion près d’un demi litre d’eau par Kg de bois sec brûlé et d’autre part parce que le bois contient toujours une part importante d’eau qui absorbe une partie significative du PCI pour s’évaporer. [0021] Que ce soit sur bûche de bois ou pellets, le séchage coûte cher, soit en immobi lisation (minimum 2 ans) ou soit en énergie dans le cas des pellets. Selon où et comment ils sont stockés, la teneur en eau des pellets pourra largement dépasser les 10% annoncés. Quant au bois, bien des utilisateurs brûlent du bois de l’année dont la teneur brut en eau est de l’ordre de 30%.

[0022] Comme la chaleur latente de condensation de l’eau est d’environ 600 Wh par litre, des gains de rendement significatifs sont donc possibles avec une condensation efficace. D’autant qu’il faut pour cela abaisser la température des fumées en dessous de leur point de rosée, ce qui représente généralement une énergie encore bien plus importante que la condensation en elle-même.

[0023] Une autre manière d’effectuer une condensation sur des fumées, consiste à les mettre en contact direct avec de l’eau à une température inférieure au point de rosée de ces fumées et l’échange s’effectue cette fois-ci en flux mélangés. Cette technique est connue depuis fort longtemps et elle est appliquée sur certaines fumées dans l’industrie sous le nom de lavage des fumées. De nombreux brevets traitent notamment de différentes méthodes pour organiser un contact aussi intime que possible des eaux de lavage avec la fumée. Outre la possible condensation des fumées, ces dispositifs mettent en contact direct l’eau et la fumée, et une partie plus ou moins importante des polluants gazeux voire solides contenus dans les fumées migre dans l’eau de lavage et c’est pour cela que l’on nomme cette technique lavage de fumée.

[0024] L’avantage évident est qu’en sortie de lavage les fumées contiennent moins de polluants, l’inconvénient est que cette pollution soustraite aux fumées se retrouve dans les eaux de lavage avec les éventuels condensais et plus le dispositif est efficace plus le transfert de pollution est important vers les eaux de lavage.

[0025] Le problème de pollution des eaux de lavage peut être simple à résoudre avec des fumées de combustion de gaz naturel qui contiennent peu de polluants et tous gazeux où une simple neutralisation des rejets pourra suffire. Le problème est déjà moins simple avec une combustion de fuel qui génère déjà plus de polluants et quelques polluants solides (particules et HAP) qui vont commencer à charger progressivement les eaux de lavage en matière sèche et les teinter : là, même une faible production de condensais excédentaires suffit généralement à stabiliser cette concentration à un niveau acceptable. Mais il s’agit là de combustions assez simples et complètes d’hydrocarbures, et effectuées en mélange proche du stoechiométrique, ce qui simplifie la condensation en comparaison de combustions effectuées avec un fort taux d’air excédentaire.

[0026] De manière simplifiée, une combustion effectuée avec un taux d’air excédentaire de 2, produit en gros deux fois plus Nm3 de fumées et c’est ce volume de gaz deux fois plus grand qui va se partager l’eau produite par la combustion avec donc 2 fois moins d’eau par Nm3 de fumée, ce qui conduit à un point de rosée beaucoup plus bas qu’en combustion stoechiométrique.

[0027] Le lavage de fumées d’incinération de déchets ménagers entre dans le cas de figure de fort taux d’air excédentaire et ces fumées très sales contiennent en plus beaucoup de polluants solides, qui vont rapidement charger les eaux de lavage. Ce chargement pourrait aller jusqu’à faire de ces eaux des boues, mais bien avant que les eaux ne se transforment en boue, le lavage serait très inefficace avec des eaux déjà saturées en polluants. Ce chargement progressif des eaux de lavage, contraint à des traitements lourds de ces eaux de lavages, comme la neutralisation régulée, le dosage régulé d’anti moussant, la floculation, la séparation et déshydratation du floculat, le séchage des floculats, floculats séchés qui le plus souvent sont trop toxiques pour être mis en décharge classique et vont rejoindre en décharge classée ce que l’on nomme les refiums d’incinération. Ces solutions lourdes ne peuvent être envisagées qu’en exploitation industrielle, où l’on préfère finalement le plus souvent les traitements de fumée par voie sèche, plus simples et moins coûteux. Par ailleurs l’objectif visé est le plus souvent une réduction de pollution et non pas la condensation, qui est rendue bien plus délicate avec l’abaissement de température du point du point de rosée de ces fumées qui contiennent un fort excès d’air.

[0028] Les fumées de combustion de bois issues de dispositifs de chauffage individuel souvent rudimentaires sont au moins aussi chargées que les fumées d’incinérateur, car elles correspondent aussi à des combustions effectuées après pyrolyse de combustibles solides chimiquement complexes, avec un très fort excédant d’air et une température de combustion souvent trop faible, doublé d’un trop court temps de séjour à haute température. Or, de coûteux traitements des eaux de lavage sont économiquement impossibles chez les particuliers.

[0029] En résumé, vouloir augmenter le rendement d’une installation de combustion de bois en atteignant la condensation de ces fumées très chargées, suppose de surmonter certains écueils. Réduire conjointement la pollution des fumées et celle des eaux rejetées, qui plus est sur des installations de particuliers, suppose d’en surmonter d’autres.

[0030] Pour la condensation ces écueils sont :

[0031] -Parvenir à refroidir les fumées en dessous de la très basse température du point de rosée de ces fumées de combustion de bois qui contiennent un fort excédant d’air.

[0032] -En condenseur à flux séparés, parvenir à surmonter l’encrassement de l’échangeur. [0033] -En condensation à flux mélangés par lavage à l’eau, parvenir à limiter la charge en polluants et notamment matière sèche des eaux de lavage, pour polluer moins et surtout éviter de spectaculaires et catastrophiques phénomènes de moussage liés aux modifications de tension de surface des eaux de lavage trop chargées.

[0034] -Assurer la sécurité en cas de panne de l’extraction mécanique de fumée.

[0035] -Parvenir à une installation silencieuse lorsqu’elle est placée dans une pièce à vivre. [0036] Pour la dépollution des fumées et des rejets d’eaux :

[0037] -Parvenir à stabiliser le taux de matière sèche des eaux de lavage à une valeur acceptable.

[0038] -Parvenir à maintenir la tension de surface des eaux de lavage chargées dans une plage acceptable pour limiter les risques de départ en moussage.

[0039] -Parvenir à dé-saturer les eaux de lavage en polluants gazeux.

[0040] -Parvenir à en rétablir un PH aussi neutre que possible.

[0041] -Traiter les polluants volatils condensés dans les eaux de lavage pour qu’ils ne puissent pas ensuite retourner dans l’atmosphère.

[0042] -Traiter les polluants persistants comme les HAP.

[0043] -Parvenir à traiter les oxydes d’azote NO_X et le dioxyde de soufre SO₂.

[0044] -Limiter le plus possible la consommation d’eau.

[0045] Ces écueils parfois ardus et interdépendants pour certains, seront abordés un à un lors de la description détaillée qui suivra et durant laquelle une attention toute particulière sera portée sur le possible et catastrophique phénomène de moussage, lié à la charge en polluants des eaux de lavage et qui condamnerait non seulement le lavage des fumées mais aussi le fonctionnement du dispositif de combustion placé en amont.

[0046] L’invention a pour objet un procédé de traitement des fumées qui permet un accroissement de rendement des dispositifs de combustion de bois et une réduction de la quantité de polluants contenus dans les fumées, par un lavage condensation adapté aux fumées très chargées de combustion de bois. Le procédé selon l’invention ne se limite pas à un simple transfert de pollution aérienne vers les eaux usées : il permet aussi un traitement en phase aqueuse de la plupart des polluants contenus dans les eaux de lavage rejetées aux eaux usées. Dans la réalité, la qualité du traitement des fumées dépend aussi du taux de saturation en polluants solubles des eaux de lavage et donc aussi de la dépollution de ces eaux.

[0047] L’invention a aussi pour objet la mise en œuvre de ce procédé via un dispositif laveur condenseur dépollueur, simple et économique, amortissable sur l’économie de combustible liée à l’accroissement de rendement, capable de surmonter de manière fiable des situations extrêmes, susceptibles de se produire avec des fumées de combustion de bois provenant de mauvais combustibles, d’installations très déréglées ou mal utilisées, voire anciennes où les quantités de polluants peuvent facilement varier d’un facteur de plus de 10, et cela de manière suffisamment économique pour être applicable aux installations individuelles.

[0048] Le procédé et le dispositif selon l’invention, bien adapté aux installations individuelles, est bien entendu également applicables à d’autres types d’installations de combustion de bois. Il est présenté dans cette description comme un élément ajouté à un dispositif de combustion existant, mais peut bien entendu faire partie d’une installation intégrée regroupant la combustion et le dispositif selon l’invention.

[0049] De manière à faciliter une vision d’ensemble de l’invention, la description est organisée en deux parties, une première description très résumée suivie d’une description détaillée des phénomènes, moyens et procédés mis en place pour arriver au résultat fixé.

Description résumée du dispositif procédé :

[0050] Selon l’invention, les fumées de combustion de bois sont aspirées ou soufflées dans une enceinte de préférence équipée d’un labyrinthe de mise en contact où elles vont croiser, de préférence à contre-courant, des eaux de lavage qui tombent en étant recirculées en permanence par une pompe, ce qui constitue un lavage des fumées connu en soit. Cependant ce lavage comprendra notamment des spécificités destinées à éviter les catastrophiques phénomènes de moussage avec des eaux de lavage dont la tension de surface se réduit trop avec leur charge en polluants, et d’autres spécificités destinées à améliorer le contact entre eaux et fumées, notamment pour améliorer la captation des HAP très hydrophobes. Ces eaux captent une partie des polluants gazeux et solides et refroidissent les fumées dont elles captent l’énergie en se réchauffant. Ces eaux de lavage s’écoulent ensuite dans un réservoir tampon, puis une pompe envoie ces eaux de lavage chaude vers un ou plusieurs échangeurs qui vont en prélever l’énergie et la distribuer là où elle est utile ; ensuite les eaux refroidies retournent en haut de l’enceinte pour un nouveau cycle. Si les eaux de lavage sont suffisamment refroidies il y aura une certaine condensation des fumées et les condensais se joindront aux eaux de lavage en les diluants, le surplus d’eau étant évacué par une surverse placée sur le réservoir tampon. Cette condensation ne va pas seulement concerner l’eau des fumées mais elle va aussi concerner les COV qui, une fois condensés, vont s’écouler avec les eaux de lavage jusqu’au réservoir tampon via un siphon. Dans le réservoir tampon, la surface des eaux de lavage est balayée en permanence par le flux d’air destiné à la combustion, qui transite donc dans ce réservoir tampon et évapore les COV très volatils et en conduit les vapeurs inflammables vers une nouvelle combustion dans le foyer. La concentration en matières sèches des eaux de lavage qui tendrait progressivement vers l’infini sans mesures appropriées, est maîtrisée par une cascade de dispositions ou procédés et en premier lieu l’obtention d’un maximum de condensais. Ainsi, le lavage, qui sera de préférence à contre courant, est optimisé pour ne pratiquement plus avoir de delta T, entre la température des fumées et celle d’arrivée des eaux de lavage qui sont très refroidies par des échangeurs adaptés aux basses températures. Ces caractéristiques permettront la plupart du temps d’obtenir une température de fumée en dessous de son point de rosée malgré le fort taux d’air excédentaire qu’impose la combustion de bois. Cette production de condensât en provenance du lavage est avantageusement complétée par une production de condensais supplémentaires provoquée par dévésiculation et refroidissement supplémentaire des fumées sur toute la longueur du conduit de fumée. Ces condensais supplémentaires sont bien sûr guidés jusqu’au circuit de lavage et seront nommés condensais secondaires. En hiver, cette production de condensais secondaires pourra être décuplée et rendue très majoritaire sur les condensais de lavage par une disposition simple, qui consiste à utiliser un conduit de fumée non isolé comportant le plus de longueur possible en extérieur ou à ajouter en sortie de toiture une longueur de conduit échangeur comportant des ailettes intérieures et extérieures très efficace pour refroidir les fumées. Ces dévésiculations et condensations secondaires spécifiques, n’ont pas ou peu d’intérêts thermiques et ont pour seul but de borner et réduire la concentration maximale en polluants, sels et minéraux des eaux de lavage, qui tendrait en l’absence de condensât vers l’infini. La charge en polluants de ces eaux de lavage est également réduite par oxydation grâce à un procédé d’ozonation en phase aqueuse des eaux de lavage, qui va s’attaquer notamment aux polluants tensioactifs et à la plupart des chaînes carbonées dont les très persistants HAP et qui permettra en combinaison avec une neutralisation passive spécifique de traiter certains polluants gazeux très abondants dans les eaux de lavage, comme par exemple les monoxydes d’azote NO. Une neutralisation passive spécifique optimise la captation d’autres polluants gazeux comme les NO2, SO2, Cl par les eaux de lavage en déconcentrant efficacement ces eaux des acides associés par une neutralisation passive continue de la totalité des eaux de lavage, en parvenant à maintenir le PH des eaux de lavage entre 6 et 7. Sur des installations plus importantes cette neutralisation pourrait être active régulée.

[0051] Enfin pour être efficace et apprécié le procédé doit être fiable et capable d’affronter des situations particulièrement défavorables, liées à de mauvaises utilisations, mauvais réglages de combustions, météo très défavorables, mauvais entretien, voire le tout conjugués sans si possible tomber en panne, et en particulier sans aboutir au départ en moussage des eaux de lavage qui condamnerait le lavage et la combustion en amont. [0052] Pour cela un ultime rempart, est constitué par des moyens de surveillance de la charge en matière sèche des eaux de lavage. Lorsqu’une valeur prédéterminée de charge maximale admissible est observée ou déduite, ces moyens commandent une déconcentration des eaux de lavage trop chargées par dilution avec un apport d’eau claire ou, encore plus efficace, une vidange partielle des eaux trop chargées puis un apport complémentaire d’eau propre. Ce procédé de déconcentration pourra aussi être utile lorsque tout fonctionne parfaitement pour parfois déconcentrer les eaux de lavage en sels produits pendant la neutralisation et minéraux captés.

Description générale détaillée :

Lavage condensation et rendement :

[0053] Dans la version la plus simple de l’invention, les fumées sont soufflées ou aspirées par un ventilateur dans un conduit vertical résistant à la corrosion et la chaleur, par exemple rempli de paille d’acier inoxydable, que nous nommerons laveur ou condenseur ou laveur-condenseur, où elles vont croiser à contrecourant une eau de lavage qui s’écoule en permanence du haut vers le bas du laveur grâce à une pompe qui re-circule le fluide via un réservoir tampon. D’autres labyrinthes sont possibles pour mettre en contact intime les fumées et les eaux de lavage, mais la paille d’acier inoxydable permet une densité de contact et d’échange thermique assez considérable, ce qui autorise des laveur-condenseurs de très petites dimensions au regard de leur puissance, permettant assez facilement des sorties de fumées à la même température que celle d’entrée d’eau de lavage, tout en étant très simple, économique et très silencieux. Ce type de labyrinthe offre par ailleurs une bonne performance de captation des HAP qui très hydrophobes, tentent d’éviter l’eau. Or la plupart des particules sont le plus souvent associées à des HAP très hydrophobes, ce qui les rend difficiles à capter.

[0054] Cette paille d’acier inoxydable, remplace donc avantageusement un coûteux condenseur à flux séparés résistant aux acides forts avec son système de ramonage mécanique arrosé et offre en plus un contact direct des fumées avec le fluide caloporteur qui est ici directement l’eau de lavage, ce qui fait disparaître le problème de variation de coefficient d’échange avec l’encrassement d’un condenseur à flux séparés et cela est un gage de stabilité des performances. Si le laveur est bien dimensionné, ce qui est facile vu la densité de puissance très élevée du dispositif et son faible coût, il n’y a rapidement plus de delta T mesurable entre la température de sortie des fumées et celle d’arrivée d’eau froide de lavage, ce qui est un autre gage d’échange optimal.

[0055] L’eau de lavage sert donc aussi de fluide caloporteur et elle va récupérer une quantité de chaleur normalement perdue. Cette chaleur est d’autant plus importante que les températures de fumées sont élevées en entrée du dispositif, basse en sortie et de manière inédite, que le bois est humide. Cette dernière remarque ne signifie pas qu’il est recommandé de brûler du bois humide, ce qui est catastrophique pour la combustion et donc pour les émissions polluantes, mais ce cas défavorable est d’un point de vue rendement en partie compensé par la condensation. La récupération thermique, condensation comprise, sera d’autant meilleure que l’eau de lavage arrive refroidie dans le laveur-condenseur. Ce refroidissement de l’eau de lavage par des échangeurs permet de constituer un réseau de chauffage parallèle à l’installation de chauffage initial ou dans le cas d’un chauffage central, peut se greffer sur le circuit via un ou des échangeurs par exemple à plaques, si les retours sont suffisamment froids. Différentes solutions permettant d’optimiser cette récupération de chaleur seront vues plus loin.

Dans le cas d’un poêle équipé du dispositif, un autre avantage de cette nouvelle source de chaleur gratuite, est que l’on pourra l’éloigner du poêle et ainsi chauffer des espaces éloignés sans qu’il soit nécessaire pour cela de surchauffer à proximité du poêle. Cette réduction du gradient de température selon la distance au poêle, permet elle aussi d’importantes économies de combustible.

[0056] A la condition de parvenir à transférer la chaleur de l’eau de lavage dans les locaux à chauffer, il pourra arriver dans le cas d’installations de combustion moyennement efficaces, poussées à pleine puissance avec du bois moyennement sec, que la puissance thermique de récupération dépasse la puissance nominale de l’installation de chauffage initiale placée en amont du laveur-condenseur.

[0057] Le rendement de l’installation restera presque constant même lorsque le poêle ou la chaudière en amont commence à s’encrasser avec des températures de fumées qui augmentent. En effet les rendements annoncés des poêles ou chaudières sont mesurés avec des appareils neufs et totalement propres, situation qui se dégrade très rapidement avec l’usage, notamment avec les installations à granulés qui génèrent des suies très collantes. Il est à noter que les protocoles de mesure de ces rendements, sont parfois très optimistes, sans quoi les valeurs des puissances récupérées relèveraient parfois de l’impossible.

[0058] Ainsi, avec une combustion convenable et des températures de retour inférieure à 30°C, des rendements exceptionnels et très constants, proches de 110% sur PCI sont possibles. Dans la réalité le dispositif offre d’autres postes de gains de rendement appréciables, en particulier derrière les installations à granulés. En effet ces installations nécessitent un décendrage cyclique plusieurs fois par heure qui s’opère le plus souvent par un très fort soufflage d’air dans le foyer : ce soufflage évacue les cendres mais accroît aussi fortement la combustion des braises, ce qui entraîne une forte augmentation de débit et de température des fumées, pic de puissance que le laveur récupère et étale très efficacement. Même chose à l’extinction qui peut avoir lieu de plusieurs fois par jour lorsque les consignes de température sont atteintes, où le décendrage à pleine puissance pourra durer près d’une demi-heure. Et si l’on ajoute la perte de rendement par encrassement du foyer, compensée par la récupération du condenseur et la meilleure répartition de chaleur dans les locaux à chauffer, tous ces gains mis bout à bout, font que même derrière une très bonne installation, l’économie de combustible sera rarement inférieure à 25% sur l’année et bien plus sur des installations de rendement plus faible. D’une manière générale, la puissance électrique de pompage sera non seulement très faible devant la puissance thermique du dispositif, mais en plus totalement récupérée sous forme de chaleur dans le circuit d’évacuation de chaleur.

[0059] Au contraire de la condensation à échangeurs classiques à flux séparés dont l’efficacité décroît fortement avec leur encrassement, les caractéristiques d’échange du laveur restent constantes même avec une eau de lavage très chargée. Nous allons cependant voir comment maintenir le chargement des eaux de lavages dans une plage raisonnable, notamment pour éviter les possibles et catastrophiques phénomènes de moussage.

[0060] La maîtrise du chargement en polluants, notamment en matières sèches des eaux de lavage est une caractéristique essentielle au fonctionnement du dispositif. Et le sujet sera abordé de manière indépendante sous quatre angles différents : récupération maximale de condensais, traitement des COV condensés dans les eaux de lavage, oxydation par ozonation en phase aqueuse des polluants captés dans les eaux, l’ultime rempart étant la déconcentration par dilution à l’eau claire qui pourra être effectuée de différentes façons.

[0061] Maîtrise du taux de chargement des eaux de lavage par dilution :

[0062] Lorsque les eaux de lavage se chargent en polluants, leur tension de surface se modifie sous l’action des polluants tensioactifs et à partir d’une certaine valeur, dans des conditions particulières définies plus loin, des phénomènes de moussage spectaculaires peuvent se produire : les mousses envahissent le laveur puis le conduit et bloquent le tirage, ou retournent jusqu’au foyer et éteignent la combustion, ce qui est un moindre mal. Si ce phénomène se produit dans des conditions particulières, il faut s’en tenir à distance et en premier lieu veiller à ce que les eaux de lavage ne se chargent pas trop, ce qui conduit en plus à un meilleur lavage des fumées. Si bien que pour fonctionner, le lavage condensation de fumées de bois doit impérativement s’approcher sous un angle thermique, doublé d’une approche bilan matière, et en particulier quantité de matière sèche captée/quantité de condensais obtenue, voire quantité de matière sèche captée + quantité de matière sèche produite/ quantité de condensais obtenu, car le procédé de traitement des fumées va aussi transformer certains polluants gazeux en sels dissous dans les eaux de lavage. Sels qu’il faut aussi ne pas trop concentrer dans les eaux de lavage.

[0063] Une des particularités de la combustion de bois est qu’elle nécessite un très fort taux d’air excédentaire voisin de 2, qui peut, dans certaines situations météorologiques, fortement perturber les phénomènes de condensation. En effet un fort taux d’air excédentaire est nécessaire pour que chaque molécule combustible ait une meilleure probabilité de rencontrer de l’oxygène pour brûler et ainsi moins polluer. Mais cet excédent d’air va aussi beaucoup diminuer la température de combustion et une fois dans les fumées, cet air excédentaire va lui aussi devoir atteindre son taux d’humidité maximal, pour que le point de rosée soit atteint. Ainsi ce point de rosée se situera beaucoup plus bas, qu’avec une combustion ordinaire pratiquée en proportion stoechiométrique. Bien entendu ce point de rosée dépendra aussi de la quantité d’eau initiale que contenait cet air avant d’arriver au foyer, donc des conditions météo du moment. Ce fort excédent d’air est donc une spécificité de la combustion de bois qui accroît la difficulté à réaliser une condensation importante, car il ne suffit pas pour cela d’atteindre le point de rosée, mais il faut alors le dépasser largement.

[0064] De ce point de vue, la condensation avec contact direct de l’eau de lavage avec les fumées permet d’économiser les précieux degrés de delta T qui seraient nécessaires au fonctionnement d’un condenseur à flux séparés ainsi que le Delta T supplémentaire dû à l’encrassement de ce condenseur. Le lavage permet en outre une importante économie, en comparaison de ces condenseurs à flux séparés, qui sont d’autant plus onéreux qu’ils permettent un delta T de fonctionnement faible et encore plus chers s’ils doivent en plus pouvoir supporter une acidité importante.

[0065] Notons que les installations de combustion classiques sans condensation, sont confrontées au problème inverse, puisqu’alors, le point de rosée que l’installation ne pourrait pas supporter, ne doit jamais être atteint, même dans le conduit de cheminée. Ce qui oblige à une grande marge de sécurité sur les températures des fumées et une grande perte de rendement.

[0066] Contrairement à une opinion très répandue, l’intérêt thermique d’une installation à condensation, provient plus de l’abaissement de la température des fumées dans une zone incertaine où le point de rosée est probablement atteint, que de l’énergie de condensation réellement obtenue. Cependant dans le cadre de l’invention, il sera d’un grand intérêt d’un point de vue bilan matières et rendement, d’obtenir un maximum de condensation. Pour des raisons de bilan matières, la condensation sera même avantageusement prolongée de manière externe au lavage sans récupération d’énergie.

[0067] Selon le combustible, son taux d’humidité, la quantité d’air excédentaire, sa température et son humidité relative et la qualité de combustion, les fumées vont contenir une certaine quantité de vapeur d’eau et de poussières. Les fumées vont de toutes manières sortir du laveur saturées en humidité, soit en cédant l’eau excédentaire, soit en captant de l’eau pour se saturer. Et la quantité de condensât obtenue dépend de la température de sortie de lavage de ces fumées, qui dépend comme déjà vu de la température d’entrée de l’eau de lavage.

[0068] Dans la réalité, les fumées continuent à se refroidir et donc à se condenser et se dévésiculer après le lavage jusqu’à la sortie du conduit de cheminée, même s’il est isolé, et une quantité de condensats supplémentaires est à récupérer sur ce trajet. Contrairement aux dispositifs de combustion à tirage naturel qui nécessitent des conduits isolés pour conserver des fumées chaudes ascendantes, il sera ici intéressant d’avoir un maximum de déperditions pour encore refroidir les fumées et ainsi obtenir beaucoup plus de condensats secondaires qui seront bien entendu guidés dans le circuit de lavage.

[0069] Pour cette application un moyen vraiment très efficace et économique d’optimiser la quantité de condensais secondaires est d’effectuer une condensation secondaire extérieure, avec d’importantes portions de conduit de fumée extérieures et si possible non isolées.

[0070] Si l’installation est équipée de tous les dispositifs de sécurité décrits plus loin, ce tube pourrait techniquement être en matière plastique. Au contraire des tubes de fumée classiques qui comportent un chapeau pour éviter l’entrée d’eau de pluie, ce tube de fumée pourra en être dispensé et pourra même avoir une sortie évasée de manière à capter encore un peu plus d’eau lorsqu’il pleut, mais d’une manière générale les condensais excédentaires manqueront rarement par temps pluvieux.

[0071] Si le conduit de fumée est existant et isolé, il est possible de lui adjoindre en sortie de toiture une longueur de tube échangeur de préférence en aluminium extrudé, comportant des ailettes internes destinées à refroidir les fumées et des ailettes externes destinées à évacuer la chaleur à l’extérieur où il fera généralement froid.

[0072] Cette recherche de condensais et vésicules secondaires sera systématique et à chaque fois ces condensais secondaires seront guidés dans le circuit de lavage de manière à déconcentrer les eaux de lavage.

[0073] Au bout d’un certain temps d’utilisation, la charge de l’eau de lavage tendra donc, en valeur de charge, vers le ratio quantité de poussières captés/condensats obtenus, ratio auquel on devra ajouter la quantité de sel générée pendant la neutralisation qui va ici avoir lieu dans le circuit de lavage et non pas seulement sur les rejets.

[0074] Dans les situations favorables, avec une combustion correcte, une quantité raisonnable de polluants et une bonne production de condensât notamment avec une température basse des eaux de lavage et donc aussi des fumées, ainsi qu’un bon refroidissement des fumées dans leur conduit, ce ratio sera acceptable et une simple surverse de l’excédent de condensât sera suffisante pour évacuer les polluants captés et garantir à elle seule que la charge des eaux de lavage reste à une valeur acceptable. Même si dans cette seule hypothèse, des polluants seraient rejetés aux eaux usées, cela constitue déjà une première garantie de fonctionnement du dispositif dans ce cas de figure, qui sera d’ailleurs le cas général.

[0075] Un liquide aussi moussant fût il, ne mousse pas tout seul, il faut pour cela un principe qui y fait entrer du gaz, et donc les situations critiques de départ en moussage d’eaux de lavage chargées, ne dépendent pas uniquement de leur taux de charge, mais aussi comme il sera vu plus loin de critères de conception permettant notamment d’éviter les ébullitions et cavitations, qui influent sur ces situations critiques. De la même manière, l’efficacité du lavage des fumées ne dépend pas uniquement du taux de saturation en polluants des eaux de lavage, mais aussi des surfaces, temps et conditions de mise en contact des fumées avec les eaux de lavage. Par ailleurs, la qualité de combustion a aussi une influence sur la composition et la répartition des centaines de polluants différents émis, qui diffèrent notamment par leur densité et leurs propriétés. La charge maximale admissible en polluants des eaux de lavage doit donc être déterminée avec une bonne marge de sécurité en fonction des caractéristiques de la réalisation considérée et de la qualité de lavage souhaitée. De manière à donner une indication de cette valeur de charge maximale admissible, on peut évaluer un ordre de grandeur assez prudent à 0.3 % de matière sèche, soit 3 g /litre de condensât. Plus loin, seront vu des modes de traitement de la plupart de ces polluants captés, mais dans certains cas il en résultera une production de sels, qu’il convient aussi de ne pas trop concentrer pour maintenir ces réactions de dépollution à un bon niveau refficacité.

[0076] Et donc dans les cas moins favorables avec beaucoup de polluants et/ou peu de condensais, et donc avec un ratio trop concentré en matière sèche qui accentue le risque d’aboutir au phénomène de moussage et qui diminue la qualité du lavage, la surverse et les traitements peuvent ne plus suffire et il faut procéder en dernier rempart à des déconcentrations pour maintenir la valeur de charge en polluants des eaux de lavage en dessous de la valeur maximale admissible. Cette déconcentration s’effectue par adjonction d’eau propre, l’excédents d’eaux de lavage progressivement diluées étant évacué par la surverse. D’une manière générale il est plus avantageux d’effectuer la déconcentration par la vidange d’une partie de l’eau de lavage trop chargée puis adjonction d’eau propre. Le procédé est d’autant plus efficace par litre d’eau ajouté, que la partie d’eau chargée évacuée est importante. Ces déconcentrations seront soit cycliques, soit déclenchées par des moyens de mesure de turbidité, par exemple optiques, qui contrôlent l’opacité des eaux de lavage, ce qui est une assez bonne image de leur valeur de charge ou encore par l’observation de la légère augmentation de perte de charge occasionnée par leur accroissement de viscosité, mais il faut alors tenir compte de la température de l’eau qui en modifie elle aussi la viscosité.

[0077] Dans les pires cas de figures, avec par exemple une installation mal conçue, un très fort taux d’air excédentaire, une météorologie avec un air sec et chaud qui pénalise la production de condensât secondaires, du bois très sec ouune incapacité à récupérer toute la chaleur captée par le laveur et donc avec une température d’eau de lavage qui monte trop haut, il peut n’y avoir aucun excédant de condensât, voire même un déficit d’eau de lavage. Sans l’ultime mesure de déconcentration par dilution à l’eau propre précédemment décrite, cela conduirait à un chargement qui tendrait en théorie vers l’infini et dans la pratique à une situation de moussage, un lavage inefficace ou à d’autres dysfonctionnements liés à l’épaississement du fluide. Alors que cette situation particulièrement critique est facilement surmontée avec le dernier rempart de déconcentration par dilution à l’eau propre, qui permet au laveur de continuer à fonctionner, de même que l’installation de combustion, les déconcentrations et appoints d’eau étant seulement plus fréquents. Une alerte de dysfonctionnement pourra cependant être activée si le phénomène perdure par exemple tout une journée.

[0078] Il est donc très intéressant d’obtenir le plus possible de condensât, ce qui accroît le rendement et élimine ou limite les adjonctions d’eau nécessaires.

[0079] Dans le but d’obtenir un maximum de condensais sur des installations puissantes, il pourra être intéressant d’effectuer le lavage en deux étages, le premier à assez haute température d’eau par exemple 50 à 60°C, ce qui limite la taille des échangeurs chargés de récupérer cette chaleur, et un deuxième étage de lavage moins puissant mais alimenté après un échangeur placé de préférence en série derrière le premier, permettant des retours aussi froids que possible. Une alternative est le passage dans deux étages de lavage indépendants en séries, le premier à haute température par exemple 60°C et le second beaucoup moins puissant à très basse température, par exemple inférieure à 30 °C. Dans ce cas de figure particulier, l’essentiel des condensais excédentaires se retrouve dans l’étage froid et sont redirigés dans l’étage chaud avant d’être évacués par une surverse ou d’autres moyens.

[0080] Dans le même objectif, il faut éviter au maximum tout gaspillage de ces condensais par entrainement de vésicules dans les fumées.

[0081] Le laveur sera donc équipé d’un étage de dévésiculage, constitué par exemple d’un autre passage dans de la paille d’acier inoxydable mais non arrosé et/ou par un cyclonage des fumées. Une captation de vésicules sera aussi possible dans la volute du ventilateur de fumée, si celui-ci est en sortie du dispositif et bien entendu l’eau obtenue sera à chaque fois canalisée vers les eaux de lavage.

[0082] Le placement du ventilateur en sortie de laveur présente un autre avantage de taille. En effet sur les dispositifs de combustion à aspiration mécanique des fumées, le ventilateur s’encrasse de manière importante : certains fabricants de chauffage à granulés préconisent deux nettoyages par hiver et certaines chaudières sont équipées d’un système cyclique de nettoyage à l’eau de la roue du ventilateur. Placé en sortie de laveur, le ventilateur ne s’encrasse plus et il en va de même pour le conduit de fumée en sortie de laveur dont le ramonage devient parfaitement superflu.

[0083] Un dernier moyen d’obtenir encore plus de condensât et de rendement est de faire traverser le laveur par une canalisation parcourue par le flux d’air de combustion, de manière à réchauffer l’air de combustion.

[0084] Avec des retours d’eau à une température comprise entre 25 et 30°C et toutes ces dispositions, la quantité de condensât s’approchera en hiver des valeurs théoriques de vapeur d’eau apportées , soit proche d’un demi litre par kilo de bois en granulés et un peu plus sur bûches de bois, ce qui laisse une bonne marge en émissions par kilo de bois brûlé pour ne pas dépasser un taux de chargement trop élevé des eaux de lavage. Ainsi une installation qui produirait seulement 1/3 de litre de condensât et 10 Nm3 de fumée par kilo de bois brûlé (fort excédent d’air), doit encore pouvoir traiter des fumées proches de 0.1 gr de particules/Nm3 sans jamais dépasser les 0.3 % de matière sèche dans les eaux de lavage et donc sans nécessiter de déconcentration, ou alors fort rares essentiellement pour les déconcentrer en sels et minéraux. Pour donner un ordre d’idée cela peut avoir lieu par exemple une fois tous les 10 jours, voire jamais pour une installation qui fonctionne parfaitement et bien entendu beaucoup plus souvent avec une mauvaise combustion qui va saturer les autres procédés de traitement.

[0085] Par toutes ces dispositions les eaux de lavage pourront rester peu chargées et pourront communiquer leur chaleur directement à des radiateurs, qui seront de préférence ventilés à basse température, ce qui autorise des températures de retour inférieures à 25°C. Les chauffages par le sol, constitués de tubes en matière plastique pourront aussi facilement accepter directement les eaux de lavage avec des températures de retour tout aussi basses.

[0086] Maîtrise du taux de chargement des eaux de lavage en composés organiques volatils COV :

[0087] Les COV dont fait partie le très nocif benzène, sont une des familles de polluants dont la combustion du bois détient un record d’émission, certains sont tensioactifs. Invisibles dans les fumées, ils sont très virtuels pour la population mais une fois condensés leur portion hydrophobe parmi les plus toxiques, prend toute sa réalité. Il n’est d’ailleurs plus besoin d’appareils sophistiqués pour la détecter, les COV hydrophobes sont le film irisé qui flotte à la surface des eaux de lavage. Les quantités de COV émises varient beaucoup selon le combustible, les réglages, la qualité de combustion, mais l’on peut estimer que l’ordre de grandeur en phase liquide de ces hydrocarbures toxiques est d’environ 1 litre tous les 50 kg de bois brûlé et de 150 ml pour le benzène et c’est bien de liquide dont il est question.

[0088] Durant la condensation des fumées, si la température d’arrivée des eaux de lavage est maintenue suffisamment basse, une grande partie des COV va se condenser au contact des eaux de lavage et va être dirigée via un siphon avec les eaux de lavage dans le réservoir tampon. Ce réservoir tampon est équipé d’une surverse destinée à évacuer l’excédant de condensât produit pendant le lavage. Les COV hydrophobes beaucoup plus légers que l’eau, remontent rapidement en surface et forment un film d’hydrocarbures facilement reconnaissable à ses irisations caractéristiques. Sans le dispositif qui suit, ce film s’évacuerait en priorité par la surverse avec les condensais aux eaux usées, et ces COV rejoindraient ensuite rapidement l’atmosphère par leur volatilité élevée. Les COV hydrophiles sont eux moins visibles et dissous dans les eaux de lavage, mais sont tout aussi volatils. Les COV récupérés dans les fumées, ne sont qu’une très petite quantité des COV produits lors de la pyrolyse du bois, les COV sont inflammables, mais ceux là ont réussi à échapper à la combustion par des effets de parois ou autres.

[0089] Selon une caractéristique de l’invention, leur volatilité élevée est utilisée pour les séparer de l’eau et en rebrûler les vapeurs avec l’air d’admission du foyer. Pour cela le réservoir tampon sera au minimum équipé d’une canalisation qui en guide les vapeurs vers la canalisation d’admission d’air de combustion du foyer. Cette disposition sera bien plus efficace si un peu d’air peut remonter des eaux usées par le canal de surverse, ce qui va repousser le film de COV de la surverse et favoriser son évaporation. Un siphon peut aussi interdire aux COV hydrophobes l’accès à la surverse mais il bloquera aussi d’éventuels flottants qui peuvent apparaître dans certains cas de mauvaise combustion. De manière plus efficace on fait lécher la surface des eaux de lavage contenue dans le réservoir tampon par une partie ou la totalité du flux d’air destiné à la combustion. Ainsi les vapeurs de COV hydrophobe et hydrophile dont le benzène, viennent enrichir en combustible l’air d’admission et repartent en combustion autant de fois que nécessaire. Il est à noter qu’en l’absence de siphon entre le laveur et le réservoir tampon, une partie des fumées irait dans le réservoir tampon et repartirait vers l’air d’admission, ce qui compliquerait le réglage d’air excédentaire et abaisserait la température de combustion. Cette disposition de recombustion des COV est efficace car une petite fraction de ces COV recirculés sera de nouveau non brûlée, mais de nouveau piégée et rebrûlée autant de fois que nécessaire, si bien que les émissions de COV et de benzène sont fortement réduites avec ce dispositif simple et fiable, tout en offrant un nouveau gain en rendement de combustion. Plus loin sera vu un dispositif de traitement complémentaire qui finira d’oxyder les COV qui auraient réussi à échapper à ce traitement.

[0090] Précisons que ces COV captés au fil de leur production sont en concentration suffisamment faible dans l’air d’admission pour ne pas craindre de retours de flamme dans le circuit d’air.

[0091] Ce traitement a aussi un effet sur les HAP légers à 2 ou 3 cycles, comme le naphtalène qui possède tout de même une pression de vapeur de 11 Pa, mais l’efficacité reste très faible.

Neutralisation :

[0092] A la différence d’une condensation classique à flux séparés, dans le procédé selon l’invention les condensais et la totalité de l’eau de lavage, vont passer des centaines de fois dans le circuit, ce qui permet beaucoup de choses et notamment une neutralisation efficace de la totalité des eaux de lavage et donc aussi des condensais, par de multiples passages sur du carbonate de calcium et carbonate de magnésium, placé sur le circuit. Ainsi, ce ne sont pas seulement les condensais qui sont neutralisés avant évacuation aux eaux usées, avec un condenseur qui travaille sous forte acidité, mais la totalité des eaux de lavage qui sont neutralisées en permanence ce qui permet une très faible corrosion sur tous les éléments en contact.

[0093] Les avantages d’une bonne neutralisation ne s’arrêtent pas à une plus faible corrosion et des rejets moins acides. Une bonne neutralisation permet aussi de déconcentrer les eaux de lavage en acide, ce qui facilite notamment la captation et mise en solution de nouveaux NO₂ et de nouveaux SO₂ qui vont aussi se transformer en acide nitrique, sulfureux et sulfurique dans les eaux de lavage, acides qui vont être neutralisés sur le carbonate de calcium et magnésium en produisant essentiellement du nitrate de calcium qui est un engrais, du sulfate de calcium qui est du gypse, et du sulfate de magnésium qui est un sel utilisé en alimentaire et pharmacie.

[0094] [Math.Les avantages d’une bonne neutralisation ne s’arrêtent pas à une plus faible corrosion et des rejets moins acides. Une bonne neutralisation permet aussi de déconcentrer les eaux de lavage en acide, ce qui facilite notamment la captation et mise en solution de nouveaux NO2 et de nouveaux SO2 qui vont aussi se transformer en acide nitrique, sulfureux et sulfurique dans les eaux de lavage, acides qui vont être neutralisés sur le carbonate de calcium et magnésium en produisant essentiellement du nitrate de calcium qui est un engrais, du sulfate de calcium qui est du gypse, et du sulfate de magnésium qui est un sel utilisé en alimentaire et pharmacie.] 3NO₂ + H₂O - 2HNO₃ puis 2HNO₃+ CaCO₃ Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂ [0095] [Math.l]

H₂SO₄ + CaCO₃ - CaSO₄ + H₂O + CO₂ [0096] [Math.2]

H₂SO₄ + MgCO₃ MgSO₄ + H₂O + CO₂ [0097] Le résultat est une plus forte captation des NO₂ et SO₂ et donc un abaissement plus important des NO₂ et SO₂ dans les fumées.

[0098] La neutralisation est sans effet sur les NO qui sont pourtant généralement majoritaires par rapport aux NO₂ dans les fumées de combustion de bois tandis que la neutralisation de chaque triplet de NO₂ produit un NO supplémentaire, ce qui va conduire les eaux de lavage à un important taux de saturation en NO.

[0099] Certaines de ces réactions de neutralisations passives sur carbonate de calcium et magnésium n’ont pas une cinétique élevée et pour une bonne efficacité il faut du temps et beaucoup de surface de contact avec le carbonate de calcium et magnésium.

[0100] Cette neutralisation peut encore être améliorée dans ce traitement où le fluide effectue de nombreux cycles avec de petites variations de température. En effet le carbonate de calcium et magnésium est très légèrement soluble dans l’eau et cette solubilisation est curieusement un peu plus forte dans l’eau froide que l’eau chaude. On peut donc utiliser cette solubilisation particulière pour encore améliorer la neutralisation. Pour cela il est avantageux de placer le carbonate de calcium et magnésium dans un endroit froid du circuit d’eau de lavage comme par exemple l’entrée d’eau de lavage du laveur, de manière à ce que ce carbonate de calcium et magnésium soit présent un peu partout dans le circuit avec un très léger entartrage volontaire, particulièrement efficace pour optimiser les surfaces de contact avec les eaux de lavage et donc très efficace pour améliorer cette neutralisation. La consommation de carbonate de calcium et magnésium sera faible de l’ordre de quelques dizaines de grammes par kW/hiver et l’autonomie pourra très facilement dépasser l’entretien annuel, avec un PH généralement maintenu entre 6 et 7. Un peu plus loin sera décrit un traitement qui permet en outre d’oxyder efficacement les NO en NO₂, NO₂ qui sont de nouveau traités de cette manière.

[0101] Maîtrise du taux de chargement des eaux de lavage par oxydation des polluants à l’ozone en phase aqueuse :

[0102] Le passage en phase aqueuse permet un dernier traitement simple, économique et très efficace des polluants restants à l’ozone O₃, avec de très faibles quantités de ce puissant oxydant. Les polluants restants, étant concentrés et confinés pour un temps assez long dans un volume d’eau assez restreint, il est alors facile d’organiser une mise en contact avec une durée de séjour importante, ce qui aurait été très difficile dans les fumées. Cette notion de temps de séjour est importante, car selon les différentes cinétiques chimiques en jeu, certains polluants sont oxydés rapidement et en priorité et d’autres plus stables demanderont plus de temps avant de pouvoir être traités en majorité. Ce long temps de séjour, permet de limiter la quantité d’ozone à produire et d’en faciliter le dosage pour pratiquement garantir qu’il n’y en aura pas en excédant car un excédant, peu probable mais dangereux, serait d’une part confiné et d’autre part immédiatement brûlé comme nous allons le voir.

[0103] Ce traitement pourra avoir lieu dans le réservoir tampon, avec un simple bullage d’un petit générateur d’ozone. Mais il est toujours difficile de produire des micros bulles surtout dans un milieu aussi hostile et les grosses bulles arrivent trop rapidement en surface avec une possible petite quantité d’ozone qui n’a pas réagi ou qui ne s’est pas dissoute dans l’eau. Ainsi il est préférable d’augmenter le temps de séjour des bulles d’ozone avec l’eau de lavage dans un réacteur.

[0104] Ce réacteur pourra être constitué d’un simple tuyau cannelé en matière plastique résistant à l’ozone, enroulé en spirale ascendante dans le réservoir tampon. L’ozone est distribué dans la partie inférieure de ce tube réacteur. Ainsi l’ozone franchit autant d’écluses de mise en contact que de cannelures du tuyau et le flux de bulles de gaz ascendant est suffisant pour entretenir un courant d’eau polluée dans le tube réacteur. Les bulles sortantes essentiellement composée de CO₂ et de O₂ sortent donc en surface et sont donc aspirées avec l’air d’admission du foyer. Cette disposition permet en outre de se prémunir d’accidentelles traces d’ozone excédentaires, qui seraient ainsi instan tanément brûlées dans le foyer. Cette disposition permet aussi d’éviter que trop d’ozone soit pompé avec les eaux de lavage et arrive jusqu’aux échangeurs avant d’avoir totalement réagi, échangeurs qui peuvent contenir du cuivre que l’ozone pourrait oxyder rapidement. C’est la raison pour laquelle cette solution est préférée à une classique injection d’ozone par tube venturi sur le trajet des eaux de lavage, qui reste cependant possible, surtout si l’on a choisi l’aluminium comme matériau conducteur des échangeurs plutôt que le cuivre.

[0105] Le traitement effectué au fil de la production de polluants demande de faibles quantités d’ozone, qui dépendent cependant de la qualité de combustion et de la quantité de polluants que l’on souhaite traiter. Ainsi le générateur d’ozone pourra être dimensionné pour qu’il n’y ait jamais d’ozone en excédent, avec un traitement seulement partiel des polluants et dans ce cas il est simplement mis en route lorsque foyer et laveur sont actifs. Cela peut aussi être un générateur un peu plus puissant piloté par un capteur de turbidité, dès qu’une turbidité significative est détectée. Dans certains cas de mauvaise combustion avec une trop forte production de polluants ou de très faible production de condensât qui provoque notamment une teneur en sels trop importante dans les eaux de lavage, l’ozonation pourra ne pas parvenir à éclaircir suffisamment les eaux de lavage, mais c’est alors les déconcentrations qui s’en chargent.

[0106] Sans entrer dans le détail, probablement impossible, des centaines de polluants différents présents dans les eaux de lavage et des innombrables réactions qui entrent en jeu, l’ozone possède un pouvoir d’oxydation exceptionnel, capable d’oxyder à peu près tout ce qui peut l’être et en particulier la plupart des chaînes carbonées et hydrocarbonées que comportent ou dont sont constitués une bonne part des polluants présents.

[0107] La première action bénéfique de l’ozone est un rétablissement au minimum partiel de la tension de surface des eaux de lavage, avec donc, un fort effet anti moussant sur les eaux chargées, ce qui est d’un intérêt évident dans le cadre de l’invention.

[0108] Il a été vu qu’une bonne neutralisation permet d’abaisser les NO₂ mais la réaction est inefficace sur les NO et que cette réaction crée un NO pour le traitement de 3 NO₂. L’ozone pourra facilement oxyder ces NO en NO₂ qui se transformeront en acide nitrique qui sera à nouveau neutralisé en créant un NO pour chaque triplé de NO₂ traité et ainsi de suite. Même chose pour les NO provenant des fumées et dissous dans l’eau, qui sont en général majoritaires par rapport aux NO₂ dans les fumées de bois. L’ozonation en combinaison avec la neutralisation permet donc de dé-saturer les eaux de lavage en NO, ce qui en optimise la captation dans les fumées et en réduit fortement les émissions.

[0109] L’ozone va aussi oxyder les dernières traces COV qui auraient échappé au traitement d’évaporation re-combustion précédemment décrit.

[0110] Mais surtout l’ozonation est un des rares traitements capable de s’attaquer aux très résistants HAP qui sont des polluants parmi les plus persistants et dangereux. Ils sont souvent associés à la plupart des particules et la combustion de bois en est un des plus gros émetteurs.

[0111] Ce traitement a un coût énergétique puisque les générateurs d’ozone consomment un peu d’électricité de l’ordre de quelques Wh par gramme d’ozone. Ce coût peut se justifier par la dépollution, mais on pourrait alors craindre qu’une partie de la population préfère polluer et débrancher le dispositif. Cependant nous avons vu que les besoins en ozone sont faibles, de l’ordre de quelques grammes d’ozone par Kg de bois brûlé selon la qualité de combustion, et la puissance électrique nécessaire est donc faible. Par ailleurs la plupart des réactions provoquées par l’ozone sont largement exothermiques, si bien que ce coût est nul ou négligeable. Notons aussi que la libération d’oxygène dans l’eau qui accompagne les réactions de l’ozone, contribue à diminuer la demande chimique en oxygène (DCO) des eaux de lavage. Et même si l’on peut douter de la prolifération de vie bactérienne et notamment de légionelles dans les eaux de lavage, l’ozonation est une autre garantie contre le phénomène.

[0112] Le pouvoir oxydant de l’ozone peut encore être amélioré, par une action sous rayonnement UV. Ainsi une lampe UV pourra être adjointe dans le réacteur à ozone. De même qu’un catalyseur pourra aussi être adjoint dans le réacteur, mais ils sont généralement constitués de métaux rares et donc onéreux.

[0113] Dispositions pour éviter les situations de départ en moussage des eaux chargées : [0114] En dépit de toutes les mesures prises, pour limiter la réduction de tension de surface des eaux de lavage liées à leur charge en polluants, et notamment le dernier rempart de déconcentration par dilution avec adjonction d’eau propre, qui entre enjeu lorsque toutes les autres dispositions se sont montrées insuffisantes ; les eaux de lavage conserveront souvent une légère réduction de leur tension de surface, qui les rend encore apte à des départs en moussage dans certaines situations particulières, qu’il convient d’éviter.

[0115] La première de ces situations se produit à l’ébullition, si la température de lavage monte si haut que l’eau entre en ébullition, là des eaux chargées se comportent comme du lait sur le feu. Il est à noter qu’en l’absence de traitement des COV, les eaux de lavage pourraient contenir de grandes quantités d’alcool, ce qui en abaisserait beaucoup la température d’ébullition, par ailleurs certains COV sont aussi tensioactifs. La situation d’ébullition ne peut se produire qu’à la suite d’une défaillance de la récupération d’énergie des eaux de lavage car en fonctionnement normal la température des eaux de lavage est bien inférieure et un simple thermostat stoppant l’irrigation si la température atteinte dépasse par exemple 70°C suffit à résoudre ce cas de figure. Une alerte sera cependant activée. Une autre solution est de déclencher un apport d’eau propre et donc froide, en réalisant cet apport au sommet du laveur si cette température de sécurité est atteinte, ce qui permet par exemple d’étaler un problème ponctuel de fumées beaucoup trop chaudes. Une coupure d’irrigation sera effectuée si le phénomène se reproduit trop souvent et une alerte sera bien sûr activée, et lorsque cela est possible le foyer pourra aussi être éteint. Dans la même situation, avec un lavage effectué en parallèle du conduit de fumée via un aiguilleur des fumées comme décrit ci-après, l’aiguilleur détourne les fumées du laveur directement dans le conduit classique.

[0116] L’ébullition peut aussi être seulement locale, sans que les eaux soient globalement trop chaudes et cela signifie que l’irrigation à l’endroit de l’ébullition est trop faible. En pratique, le dispositif a trois fonctions, condensation, lavage des fumées et dépollution des condensais. Si pour la partie thermique de refroidissement et condensation des fumées, un faible débit avec fort delta T peut suffire, il n’en va pas de même pour la fonction lavage qui demande un débit bien plus important pour être efficace et d’une manière générale le dispositif fonctionnera avec un delta T très faible de l’ordre de quelques dixièmes de degrés à quelques degrés à pleine puissance, avec une irrigation largement surabondante, il faudra cependant veiller à une bonne répartition de l’arrosage sur toute la section laveur. L’ordre de grandeur de ce débit minimum pour un lavage correct est d’environ 1 m³/h pour 10 kW de puissance de l’installation en amont si son rendement est bon et au moins le double s’il est mauvais. Il est cependant important de bien irriguer le tube d’arrivée de fumée dans le laveur de manière à ce qu’il n’y ait jamais d’ébullition à cet endroit critique, en particulier pour les installations de mauvais rendement où les fumées peuvent entrer à des températures dépassant 300°C. L’extrémité supérieure de l’arrivée de fumée peut même être organisée en dents de scie descendantes et gouttières, de manière à provoquer un écoulement local en différents filets d’eau juste devant cette arrivée de fumée très chaude.

[0117] Les autres situations de moussages possibles avec des eaux trop chargées, sont décrites dans le chapitre suivant décrivant les réductions de bruit de l’installation.

[0118] Réduction du bruit et des situations de moussage liées au bruit :

[0119] Le cas du placement du laveur derrière un poêle dans une pièce à vivre, nécessite de traiter le sujet du bruit, auquel de possibles phénomènes de moussage sont liés.

[0120] En effet, des phénomènes de moussage avec des eaux chargées peuvent se produire si l’on communique aux eaux de lavage trop d’énergie cinétique, des chocs dans le condenseur, qu’on les fait chuter sur la surface liquide, qu’on leur fait subir des cavitations ou qu’on les porte à ébullition : éviter toutes ces situations propices aux départs en moussage conduit à des installations très silencieuses.

[0121] Ainsi il faudra éviter de projeter l’eau de lavage dans le condenseur par des buses ou atomiseurs et au contraire essayer de faire arriver l’eau avec le moins de vitesse possible sur la paille d’acier inoxydable, que l’eau va traverser par gravité en s’écoulant de manière douce sur chaque fil qu’elle rencontre au lieu de chuter jusqu’à des parois du laveur ou jusqu’à la surface du liquide en fond de dispositif. Pour cette raison le fond du laveur sera avantageusement en cône et il sera bénéfique de le garnir également de paille d’acier inoxydable de manière à encore amortir les chutes de gouttes d’eau. Cette insonorisation est un autre avantage de la paille d’acier sur d’autres types de labyrinthes de mise en contact.

[0122] Le fond du laveur en cône, débouche via un siphon dans le réservoir tampon d’eau de lavage, de manière à séparer les fumées du réservoir tampon. A la sortie de ce siphon on guidera l’eau pour qu’elle s’écoule calmement le long d’une paroi jusqu’à la surface de liquide du réservoir tampon pour éviter tout bruit de chute, chute qui pourrait aussi provoquer des moussages avec des eaux trop chargées.

[0123] A la sortie du dispositif les fumées sont en général trop refroidies pour assurer un tirage naturel suffisant, c’est la raison pour laquelle il a été précisé plus haut que les fumées sont aspirées ou soufflées dans le laveur par un ventilateur. Et cela crée forcément un bruit, qui peut cependant être limité si ce ventilateur est choisi centrifuge et à grande roue lente, plutôt qu’à roue petite et rapide. Notons aussi que le refroidissement important des fumées en réduit beaucoup le volume à extraire si le ventilateur est placé en sortie de laveur.

Evacuation des fumées et sécurité du dispositif :

[0124] En sortie de lavage les fumées sont très refroidies et le tirage naturel est très faible, c’est la raison pour laquelle il a été précisé que les fumées sont aspirées ou soufflées dans le laveur, ce qui peut poser des problèmes en cas de panne de l’extraction mécanique des fumées. Par contre la température des fumées retrouve vite des valeurs élevées à la coupure de l’irrigation du laveur. Celui-ci est d’ailleurs le plus souvent conçu pour supporter cette hausse possible de température des fumées et cette hausse de température des fumées est généralement suffisante pour assurer un tirage naturel minimum de sécurité.

[0125] Les dispositifs de combustion de bois à tirage forcé, sont généralement étanches, ce qui est une première sécurité contre les émanations, et également conçus pour surmonter une panne d’extraction des fumées, dont la première cause est la coupure d’électricité.

[0126] Dans ce cas l’irrigation du laveur est forcément également coupée et le réchauffement des fumées assure le tirage naturel minimum de sécurité.

[0127] Le cas d’une panne d’extraction des fumées, indépendante de l’alimentation électrique doit aussi être traité.

[0128] Généralement ces foyers sont aussi équipés de moyens de détection de la bonne évacuation des fumées, qui alertent du défaut et arrête l’alimentation en combustible et donc la combustion peu après, lorsque cela est possible. Dans ce cas l’irrigation sera coupée par ces moyens de détection de problèmes d’extraction. Si le foyer n’est pas équipé de ces moyens de détection, c’est le dispositif qui en sera équipé. Ces moyens sont souvent des pressostats qui mesurent une variation de pression des fumées lorsque le ventilateur d’extraction est opérationnel ou une variation de pression différentielle entre l’amont et l’aval du ventilateur, ce peut aussi être des moyens indirects qui font des corrélations entre différentes températures, qui deviennent incohérentes lorsque l’extraction dysfonctionne.

[0129] Une autre stratégie de sécurité consiste à effectuer le lavage sur une dérivation du conduit de fumée, avec un aiguillage des fumées qui ne dérive les fumées dans le laveur que lorsque tous les paramètres sont normaux. Un aiguillage motorisé peut facilement tomber en panne et un aiguillage à réarmement et sécurité passive est préférable.

[0130] Cet aiguillage de sécurité oriente les fumées directement dans le conduit de fumée ou les dérive vers le laveur à la sortie duquel les fumées rejoignent le conduit de fumée originel ou un autre conduit indépendant qui peut même dans ce cas être en matière plastique si cela peut être homologué.

[0131] En l’absence de réarmement, l’aiguillage est dans une position naturelle stable correspondant à l’évacuation classique directe des fumées par le conduit et le réarmement en position instable de lavage n’est verrouillé par des moyens électromécaniques ou hydropneumatiques que lorsque tous les paramètres d’extractions et de lavage sont normaux. En cas de défaut d’un des paramètres, l’aiguillage retombe en position naturelle de sécurité c’est-à-dire évacuation classique des fumées sans lavage. Le détail de réalisation d’un de ces aiguillages de sécurité est développé dans le second mode de réalisation donné ci-après à titre d’exemple.

[0132] Cette stratégie de sécurité est à préférer pour les installations initialement prévues en tirage naturel, pour lesquelles le tirage naturel de sécurité à travers le laveur non irrigué peut être insuffisant. Pour ces installations de combustion initialement prévues en tirage naturel, le lavage est bien entendu équipé d’une extraction mécanique des fumées, elle-même équipée de moyens de contrôle du bon fonctionnement de l’extraction.

[0133] D’autres mesures de sécurité très redondantes mais simples seront abordées en détails dans les 3 modes de réalisation particuliers qui suivent, notamment pour traiter d’éventuels défauts d’extraction de fumée, de manque d’eau, de fuites d’eaux de lavage, de fuite de fumées dans l’habitation, de panne d’alimentation d’eau claire, de température maximale de sécurité, de dysfonctionnement de capteurs, de défaut d’alimentation électrique, ou de coincement de l’aiguilleur de fumée. Prises ensemble ces dispositions de sécurité dépassent assez largement les dispositions habituelles de sécurité des installations de chauffage classiques.

[0134] Lorsque le lavage est équipé de tous ces dispositifs de sécurité et de l’aiguilleur de fumée, la probabilité d’accident est très minime et le laveur peut être totalement en matière plastique, comme son évacuation de fumée si elle est indépendante du conduit classique ; dans ce cas seul le conduit d’arrivée de fumée dans le laveur reste en métal et sa jonction avec le laveur est isolante et de préférence réalisée à l’intérieur irrigué du laveur.

[0135] D’autres caractéristiques, précisions et particularités pourront être mieux appréhendées, à partir de la description détaillée qui suit de trois modes de réalisation donnés à titre d’exemple non limitatif en référence aux figures annexées :

[0136] [fig. 1] montre une vue en coupe d’un premier mode de réalisation du dispositif de lavage des fumées selon l’invention.

[0137] [fig.2] montre une vue schématique complète d’un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif de lavage des fumées selon l’invention avec aiguillage de fumée de sécurité.

[0138] [fig.3] montre une vue en coupe de l’aiguillage des fumées du deuxième mode de réalisation.

[0139] [fig.4] montre une vue de face de l’aiguillage des fumées du deuxième mode de réalisation.

[0140] [fig.5] montre une vue de gauche de l’aiguillage des fumées du deuxième mode de réalisation.

[0141] [fig.6] montre une vue en coupe d’un troisième mode de réalisation économique du dispositif de lavage des fumées selon l’invention.

[0142] [fig.7] montre le tube extrudé de laveur de ce troisième mode de réalisation.

[0143] [fig.8] montre le profil d’extrusion du tube extrudé de laveur de ce troisième mode de réalisation.

[0144] Selon un premier mode de réalisation représenté en coupe sur la figure [Lig.l], le dispositif de traitement de fumée de combustion est placé en série entre une chaudière à tirage forcé non détaillée (1), à granulés, bois déchiqueté ou bûches, et son conduit de fumée (38). Les fumées sont soufflées par le ventilateur (39) du foyer (1) dans le laveur (2) où elles entrent par la canalisation (3), dont l’extrémité est en légère contre pente de manière à éviter tout retour d’eau dans la chaudière. Un arrosage spécifique (4) de cette arrivée de fumée (3) est prévu pour éviter toute ébullition locale à cet endroit qui est le plus chaud du laveur. L’extrémité de l’arrivée de fumée comporte des dents de scie descendantes (5) de manière à organiser une chute d’eau en filets juste devant l’arrivée de fumée. Le tube de cet arrosage (4) sert aussi de support à une grille (40) de maintien de l’étage de paille d’acier inoxydable de lavage (6) et la vanne (7) permet le réglage de débit de cette dérivation. Le laveur (2) est ici constitué d’un tube d’aluminium ou d’acier inoxydable, le cas échéant isolé pour ne pas chauffer le local de la chaudière. Dans ce mode de réalisation particulier, le réservoir tampon (8) se situe dans le prolongement du laveur (2) dans le même tube mais pourrait être séparé. Ici le laveur (2) est séparé du réservoir tampon (8) par un cône de fond de laveur (9) qui est lui aussi rempli de paille d’acier inoxydable (10) de manière à amortir la chute des gouttes d’eau de lavage contre les parois de ce cône. Cette séparation en cône (9) fait fonction d’entonnoir et son extrémité (11) immergée dans le réceptacle (41) constitue un siphon qui interdit aux fumées l’accès au réservoir tampon (8). Dans le prolongement de ce siphon (41) se situe une cloche à air (12) sensible à la hauteur d’eau dans le réservoir tampon (8) reliée par un capillaire à un pressostat détecteur de niveaux (13) capable de détecter un niveau bas de déconcentration (14), un niveau bas (15) et un niveau haut (16). En sortie de siphon (41) les eaux glissent le long de la cloche (12) jusqu’en surface du liquide. Ici l’arrivée d’eau propre (17) se fait en haut du laveur, sur la canalisation d’arrivée d’eau froide de lavage (18) de la rampe d’arrosage (19) qui est ici une sorte d’hélice multi-pales en tôle pliée qui réparti au mieux le flux d’eau sur la paille (6). Au-dessus de la rampe d’arrosage, se situe l’étage de paille d’acier inoxydable de dévésiculage non arrosé (20) maintenue par une grille (42). Le réservoir tampon (8) est équipé d’une surverse des condensais (21) connectée aux eaux usées. Au-dessus de cette surverse se situe l’arrivée d’air de combustion (22) dans le réservoir tampon, air qui va se charger d’évaporer les COV condensés par les eaux de lavage et en guider les vapeurs vers la combustion du foyer par la canalisation d’air de combustion (23) du réservoir tampon. Cette sortie d’air (23) est avantageusement un peu plus haute que l’arrivée (22), de manière à ce qu’un niveau d’eau accidentellement trop haut, puisse s’évacuer à l’extérieur par l’arrivée d’air, plutôt que dirigé vers le foyer. Le fond (24) du réservoir tampon (8) est en cône de manière à ce qu’aucune matière solide ne puisse décanter. Un neutraliseur (25) contenant du carbonate de calcium et magnésium (26) est avantageusement placé sur l’arrivée d’eau froide (18) du laveur pour travailler sur la section la plus froide du circuit d’eau de lavage, de manière à en dissoudre un peu plus et déposer un peu carbonate de calcium et magnésium dans tout le circuit. Un filtre (27) est placé avant la pompe de recirculation (28). En fonctionnement normal, cette pompe envoie l’eau de lavage vers le ou les échangeurs (29) chargés d’en prélever l’énergie, puis l’achemine une fois refroidie jusqu’à la rampe d’arrosage (19) du laveur devant laquelle se trouve un capteur de turbidité (30) qui en mesure l’opacité. Une dérivation réglable envoie une petite partie du débit d’eau froide vers l’irrigation (4) d’arrivée de fumée. Cette pompe est aussi équipée d’un pressostat (31) à sa sortie. Ce pressostat (31) va donner une indication sur l’irrigation du laveur et permettre des déconcentrations optimales d’eau de lavage. Pour cela, si le capteur de turbidité (30) détecte une opacité trop forte des eaux de lavage, il commande l’ouverture d’une électrovanne de déconcentration (32) placée en dérivation de la sortie de pompe (28) et envoie ainsi les eaux trop chargée vers les eaux usées, jusqu’à ce que le pressostat de sortie de pompe (31) indique que la pompe (28) commence à se désamorcer ; là l’électrovanne de déconcentration (32) est refermée et l’électrovanne d’apport d’eau propre (17) est ouverte jusqu’à ce que le niveau haut (16) soit détecté dans le réservoir tampon (8) par le capteur (13). Une autre manière de déconcentrer consiste à ouvrir l’électrovanne (32) jusqu’au niveau bas de déconcentration (14) détecté par le capteur de niveaux (13) et de re-remplir d’eau propre jusqu’au niveau haut (16), mais ce mode de déconcentration est moins efficace par litre d’eau ajouté car il reste plus d’eaux chargée dans le circuit. Une dernière manière possible de déconcentrer, consiste à seulement ouvrir l’électrovanne (17) d’adjonction d’eau propre, ce qui permet de diluer progressivement les eaux de lavage chargées, au fur et mesure de l’évacuation d’excédents d’eau de lavage progressivement diluée, par la surverse (21) mais ce procédé très simple, est déconseillé car il est le plus dispendieux en eau. Un problème d’alimentation en eau propre pendant les déconcentrations sera détecté, si le pressostat (31) reste trop longtemps en pression basse ou si le détecteur de niveau (13) reste trop longtemps au niveau bas de déconcentration (14), dans ce cas l’installation de lavage est mise en défaut et arrêtée et pourra aussi commander l’arrêt de la combustion quand cela est possible. Un problème d’alimentation en eau propre hors des phases de déconcentration sera détecté, si le niveau bas (15) est détecté trop longtemps et l’installation sera alors aussi mise en défaut et arrêtée. Un thermomètre (33) contrôle à cet endroit la température d’eau aussi bien que la température du laveur. Ce thermomètre (33) est chargé de détecter une éventuelle température maximale admissible comme par exemple 70°C, dans ce cas il commande en premier lieu l’ouverture de l’électrovanne (17) d’adjonction d’eau propre et froide et si le défaut ne disparait pas au bout d’un délai assez court, il commande l’arrêt de l’installation et allume un voyant ou un code de défaut, il peut aussi commander l’extinction de combustion quand cela est possible, même si le laveur peut supporter l’absence d’irrigation. De la même manière si la température d’alerte réapparaît plusieurs fois dans un délai assez court après chaque coupure d’adjonction d’eau, l’installation est arrêtée et mise en défaut.

[0145] Dans le cas de situations particulières où il n’y aurait aucun condensât et même un déficit d’eau de lavage, le niveau bas (15) sera détecté par le capteur de niveau (13) qui ordonnera une adjonction d’eau jusqu’au niveau haut (16). L’installation se mettra en défaut si le phénomène se reproduit à une fréquence élevée, traduisant plutôt une fuite qu’un manque passager de condensât.

[0146] Un générateur d’ozone (34) envoie de l’ozone dans un capillaire (35) qui plonge dans le réservoir tampon (8) jusqu’à l’entrée (43) du réacteur à ozone (36) ici constitué d’un tube cannelé en plastique résistant à l’ozone, enroulé en spirale ascendante qui débouche un peu en dessous du niveau bas d’eau de lavage (15). Ce générateur d’ozone (34) est mis en route quand le détecteur de turbidité (30) observe une turbidité significative et s’arrête si le détecteur de turbidité (30) détecte une turbidité acceptable ou à l’extinction du foyer lorsque le ventilateur des fumées (39) est arrêté. Cela peut aussi être un générateur d’ozone moins puissant destiné à ne pouvoir traiter qu’une partie minimale de pollution et dans ce cas le générateur est asservi au fonctionnement du ventilateur de fumée (39). L’oxydation provoquée par l’ozonation pourra être encore renforcée par une lampe UV (37) placée à l’entrée (43) du réacteur d’ozonation (36). Un passe paroi étanche (44) en matière souple permet l’entrée dans le réservoir tampon (8) du capillaire d’ozone (35), du capillaire de pression d’air du pressostat (13), de l’alimentation électrique de la lampe à UV (37) et de la surverse (21). En sortie de laveur, les fumées regagnent le conduit de fumée (38), qui pourra avantageusement avoir des portions extérieures non isolées pour continuer le refroidissement des fumées et en pente continue vers le laveur de manière à guider directement les condensais supplémentaires dans le laveur. D’une manière générale l’installation de lavage sera asservie au fonctionnement du foyer, c’est-à-dire au fonctionnement du ventilateur (39), mais arrêtée si une mauvaise extraction des fumées est détectée par les organes du foyer destinés à cette fonction. En fin de combustion à l’arrêt du ventilateur (39) l’arrêt du lavage pourra être un peu différé jusqu’à ce qu’il n’y ait plus d’énergie significative à communiquer aux échangeurs (29) et dans ce cas c’est de nouveau le thermomètre (33) qui informera que la température d’arrêt de l’installation est atteinte. Une commande d’arrêt longue durée, commande une vidange totale du circuit de lavage à l’électrovanne (32), pendant laquelle la pompe (28) sera maintenue en fonction quelques instants après que le désamorçage de la pompe soit détecté par le pressostat (31). A la remise en route après arrêt longue durée, le réservoir tampon (8) est d’abord rempli avec l’ouverture de l’électrovanne (17) d’adjonction d’eau propre et la pompe (28) n’est mise en route qu’une fois le niveau haut (16) atteint, pour éviter des problèmes de réamorçage.

[0147] Selon un deuxième mode de réalisation représenté sur les figures [Eig.2], [Eig.3], [Eig.4], [Eig.5] le dispositif est de préférence destiné traiter les fumées d’un poêle ou d’une chaudière, étanche à tirage naturel.

[0148] C’est généralement le cas d’instalHâtions à faible rendement où les fumées sortent les plus chaudes et souvent les plus sales. Bien entendu les fumées sont bien trop refroidies en sortie de laveur pour assurer un tirage naturel suffisant et les fumées devront être extraites par un ventilateur. Ventilateur qui peut tomber en panne alors que le foyer est rempli de combustible.

[0149] D’une manière générale, rien de fâcheux ne peut arriver si le poêle ou la chaudière sont des modèles étanches, mais ces étanchéités ne peuvent être totalement garanties dans le temps et des précautions maximales sont toujours préférables en matière d’émanations de chauffage, qui provoquent chaque année leur lot de tragédies.

[0150] Pour cette raison, le lavage équipé de son ventilateur d’extraction de fumée, sera une dérivation du conduit de fumée à tirage naturel et un aiguillage de fumée de sécurité, n’envoie les fumées dans le laveur, que lorsque tous les paramètres de lavage et d’extraction sont normaux.

[0151] Pour le reste le laveur lui-même reste semblable au premier mode de réalisation à l’exception ici d’un réchauffeur d’air de combustion (201) qui passe ici dans le laveur (203) avant de déboucher dans le réservoir tampon (202), d’un réservoir tampon (202) qui est ici indépendant du tube du laveur (203) mais relié à celui-ci par la canalisation (204) d’eau de lavage, et la présence d’un ventilateur d’extraction des fumées (205) placé dans ce mode de réalisation en sortie du laveur (203).

[0152] Pour des raisons de sécurité, le dispositif dans ce deuxième mode de réalisation est équipé d’un aiguillage des fumées (206) dont le détail est représenté sur les figures [Fig.3], [Fig.4], [Fig.5]. Le laveur (203) équipé de son ventilateur d’aspiration des fumées (205), est placé en parallèle du conduit de fumée initial (207) et l’aiguillage (206) guide normalement les fumées dans ce conduit initial en tirage naturel (207), grâce à un volet (208) qui se trouve en position normale stable gravitaire de sécurité en appui contre la génératrice (209) du tube d’entrée de fumée (210) dans le laveur, de l’aiguillage (206).

[0153] La phase d’allumage des foyers, est de très loin la phase la plus polluante, car seule une petite portion des gaz générés par le début de pyrolyse va brûler et les imbrûlés sont initialement largement majoritaires. Il est donc intéressant que le lavage soit opérationnel dés l’allumage, même si le laveur ne pourra sans doute capter qu’une partie de l’énorme quantité de polluants générés durant cette phase d’allumage.

[0154] Avant de procéder à l’allumage de la combustion, l’utilisateur ou un automatisme à échappement réarme le volet d’aiguillage (208) en le relevant en position haute et instable de lavage contre la génératrice (211) de la canalisation de tirage naturel (207) de l’aiguillage (206), avec le levier de réarmement (212) visible sur la figure [Fig.5], ce qui met l’installation de lavage en route grâce à un contacteur (213) et lorsque tous les paramètres que nous allons voir plus loin, sont normaux, un électro-aimant (214) maintient le levier de réarmement (212) et donc aussi le volet (208) dans cette position haute de lavage, aiguillant ainsi les fumées vers le laveur.

[0155] Cet électro-aimant (214) est alimenté en série avec tous les capteurs de sécurité ou sensible à tous les capteurs de sécurité et en premier lieu il laisse retomber le volet (208) en position de sécurité de tirage naturel en cas de coupure d’électricité.

[0156] Lorsque le ventilateur (205) est mis en route par le contacteur (213), les fumées subissent une perte de charge lors de leur circuit dans le laveur (203) et un capteur de dépression (215) mesure cette dépression, qui sera l’indication de bonne extraction des fumées. Ce capteur de dépression (215) constitue le premier des capteurs de sécurité. Et il met le dispositif en sécurité en commandant à l’électroaimant (214) de ne plus maintenir le volet (208) en position lavage, si la dépression est insuffisante ou nulle. On veillera à ce que la dépression de sécurité, ne soit pas atteinte à l’ouverture de porte du foyer pour l’alimentation en combustible.

[0157] La séquence de réarmement comportera avantageusement une phase qui contrôle que le contact de capteur de dépression (215) était bien ouvert avant de lancer le ventilateur (205), de manière à vérifier son bon fonctionnement, dans le cas contraire le dispositif est mis en sécurité, c’est-à-dire tirage naturel et une information de défaut est activée.

[0158] Par sa conformation et son poids le volet d’aiguillage (208) pourra très difficilement rester coincé en position haute de lavage, mais une alerte sonore pourra indiquer que celui-ci est coincé, si l’électro-aimant (214) est désactivé, mais que le contact de mise en route (213) reste activé. Dans ce cas de figure qui signifie qu’un des paramètres de lavage n’est pas bon, l’irrigation sera coupée de manière à conserver un certain tirage naturel et le ventilateur (205) maintenu en fonction pour le cas où il soit toujours capable d’assurer une évacuation des fumées et une alerte sonore doublée d’un code défaut sera activée car cette situation assez improbable est potentiellement une des plus critique. De la même manière un capteur de position tirage naturel basse (216) du volet (208), confirme que le volet est bien en position tirage naturel avant le réarmement du dispositif ou informe d’un éventuel coincement anormal du volet dans une position intermédiaire, ce qui pourrait finalement advenir sur une installation non entretenue où l’aiguillage n’a pas été nettoyé pendant plusieurs années. Ce nettoyage est rendu possible et facile par le démontage de la face (217) démontable de l’aiguillage (206) visible en figure [Fig.5]. Cependant un jeu important est prévu entre les flancs de l’aiguillage et le volet mobile (208) pour que l’aiguillage puisse fonctionner même avec de gros dépôts de suie. Selon une variante non représentée, une séquence de douchage de l’aiguillage est organisée à chaque démarrage lorsque l’aiguillage n’est pas encore bouillant, par une dérivation pendant un court instant du circuit de lavage vers l’aiguillage qui comporte dans ce cas une canalisation de retour d’eau vers le réservoir tampon équipée d’un siphon. Ce lavage de l’aiguillage peut aussi être permanent, mais il faut alors veiller à ce que le débit soit suffisant pour que sa température n’atteigne jamais l’ébullition.

[0159] Le pressostat (218) de sortie de pompe (219) de recirculation ou un contrôleur de débit (220) informeront d’une absence ou d’un manque d’irrigation et mettront le dispositif en sécurité après un certain délai. Délai établi pour permettre une brève baisse ou absence de débit pendant les opérations de déconcentrations.

[0160] L’indication de surchauffe des eaux de lavage, fournie par le thermomètre (221) mettra elle aussi l’installation en sécurité.

[0161] Bien que toutes les habitations soient maintenant équipées en détecteur de fumées voire de CO, le dispositif pourra être équipé d’un détecteur de fumée et CO supplémentaire (222), qui donne l’alerte et met lui aussi le dispositif en sécurité, c’est-à-dire en tirage naturel.

[0162] La conformation de la volute (223) du ventilateur (205) permet un retour direct dans le laveur, des condensais et vésicules secondaires captés dans cette volute ainsi que dans la sortie du conduit de cheminée (224), mais ce peut aussi être une ou des canalisations spécialement dédiées.

[0163] Pour le reste le fonctionnement reste identique au premier mode de réalisation.

[0164] Selon un troisième mode de réalisation plus simple et économique représenté figures [Lig.6], [Lig.7], [Lig.8] le laveur condenseur est placé derrière un poêle à granulés de faible puissance et haut rendement situé dans une pièce à vivre. Le laveur est placé en série entre le poêle (301) et le conduit d’évacuation de fumée (302).

[0165] Même si les rendements annoncés se dégradent avec l’encrassement rapide de ces poêles, le rendement reste généralement correct et la puissance de récupération est suffisamment modérée pour pouvoir être dissipée directement par le laveur et le réservoir tampon qui seront pour cela munis d’ailette et avantageusement ventilé, l’objectif étant de parvenir à dissiper environ le quart de la puissance maximale du poêle avec une température maximale de l’ordre de 50°C. Bien entendu de plus forts rendements, seront obtenus si la température de fonctionnement est encore plus basse.

[0166] Le tube (303) du laveur avec ses ailettes (304) est extrudé en alliage d’aluminium résistant à la corrosion modérée des eaux de lavage ; le cas échéant il pourra être revêtu d’un film de protection ou un traitement de surface protecteur et le réservoir tampon (305) se trouve dans le prolongement du laveur et réalisé dans le même profil extrudé (306, 303) des figures [Lig.7], [Lig.8] [0167] Comme l’appareil est prévu pour être placé dans une pièce à vivre et qu’il n’y aura probablement pas d’évacuation d’eaux usées à proximité, le mode d’évacuation des excédents de condensât est ici un peu différent et ne s’opère pas par une surverse. Ici le capteur de niveaux (307) comporte une détection supplémentaire de niveau très haut (308) qui ouvre l’électrovanne de déconcentration (309) qui envoie alors l’excédent de condensât aux eaux usées via une canalisation (310) qui pourra être d’assez petit diamètre et même en plastique. Cette évacuation d’excédents de condensais se prolonge jusqu’à ce que le niveau haut (311) soit atteint. Le dispositif pourra être mis en sécurité si le niveau très haut (308) est détecté trop longtemps.

[0168] Une surverse (312) de sécurité faisant siphon et placée un peu au-dessus du niveau très haut (308), pourra être conservée de manière à pouvoir aussi trahir un éventuel disfonctionnement de l’évacuation de condensât, par une petite quantité de condensât sur le sol.

[0169] Un ventilateur (313) ici entraîné par le moteur de la pompe (314) pourra renforcer la convection du dispositif avec un gain de rendement et de volume de condensats obtenus. Là aussi on préférera de grandes roues lentes pour des raisons de bruits et rendements. Un capot cylindrique (315) guidera avantageusement l’air frais prélevé près du sol, vers les ailettes (304) du réservoir tampon (305) et du laveur condenseur (303). Ce capot (315) pourra contenir les accessoires comme le pressostat détecteur de niveaux (307), le neutraliseur (316), le filtre (317), l’électrovanne (309), le capteur de turbidité (320).

[0170] Le dispositif est mis en route avec un asservissement sur le ventilateur d’extraction des fumées du poêle (318) ainsi qu’aux capteurs de mauvaise extraction de fumée du foyer (301).

[0171] Une commande d’arrêt prolongé, commande la vidange complète du dispositif en ouvrant l’électrovanne de déconcentration (309) et en forçant la pompe (314) à fonctionner quelques instant après que le niveau très bas (319) soit détecté, ensuite on pourra même effectuer un cycle de rinçage en ouvrant l’électrovanne d’adjonction d’eau propre (322) jusqu’au niveau haut (311) ou très haut (308) et de nouveau vidange complète, puis arrêt.

[0172] Pour le reste, le fonctionnement est identique au premier mode de réalisation particulier.

[0173] Selon une variante encore plus économique de ce troisième mode de réalisation particulier représentée sur les même figures, le capteur de turbidité (320) est supprimé et remplacé par une déconcentration cyclique des eaux de lavage, commandée par une horloge (321) qui comptabilise les heures de fonctionnement avec un fort taux de sécurité pour tenir compte du cas possible où le poêle serait très mal réglé.

[0174] L’inconvénient de mode de réalisation simplifié, est une bien plus grande consommation d’eau, puisque les eaux sont déconcentrées même lorsque cela n’est pas nécessaire.

Claims

Revendications [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4]

Procédé de traitement de fumées générées par une combustion de bois dans un foyer caractérisé en ce que les fumées générées sont lavées au moyen d’un flux d’eaux de lavage circulant en boucle, qui se chargent en polluants au cours de ce lavage, cette charge en polluants étant évaluée en permanence et en ce qu’une déconcentration en polluants des eaux de lavage est réalisée lorsqu’une charge trop forte en polluants est détectée, cette déconcentration s’effectuant par dilution, avec un apport d’eau propre et évacuation d’une partie des eaux trop chargées en polluants vers les eaux usées, pour maintenir la charge en polluants des eaux de lavage à une valeur inférieure à une valeur maximale admissible prédéterminée pour que le lavage s’effectue correctement et éviter les risques de départ en moussage. Procédé de traitement de fumées selon la revendication 1 caractérisé en ce que le flux d’eaux de lavage transite via un siphon dans un réservoir tampon, la surface de l’eau dans le réservoir tampon étant balayée par au moins une partie du flux d’air destiné à la combustion du foyer pour évaporer et guider les vapeurs des polluants volatils ainsi évaporés vers l’admission d’air du foyer pour une nouvelle combustion. Procédé de traitement de fumées selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les polluants présents dans les eaux de lavage subissent en outre une oxydation en phase aqueuse par de l’ozone injecté dans les eaux de lavage.

Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que la totalité des eaux de lavage subit en outre une oxydation neutralisation dé-saturation à chaque cycle de circulation pour favoriser la captation des polluants gazeux NO, NO2 et SO2, les NO étant oxydés par l’ozonation en NO2.

[Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8]

Dispositif de traitement de fumées générées par une combustion de bois, destiné à être interposé entre un foyer (1, 301) et un conduit (38, 224, 302) d’évacuation de fumée vers l’extérieur, caractérisé en ce que le flux de fumée croise un flux d’eaux de lavage dans un laveur (2, 203, 303) où un transfert de pollution s’effectue des fumées vers les eaux de lavage circulant en boucle et en ce qu’un capteur (30, 320, 321) qui évalue en permanence la charge en polluants des eaux de lavage, déclenche une déconcentration de ces eaux de lavage par dilution avec de l’eau propre grâce à des moyen d’apport d’eau propre (17, 322) et des moyens d’évacuation d’eau trop chargée (21, 32, 309) lorsque ce capteur (30, 320, 321) détecte que les eaux de lavage ont atteint une charge maximale admissible en polluants prédéterminée comme critique pour le bon fonctionnement du lavage..

Dispositif de traitement des fumées selon la revendication 5 permettant une séparation, évaporation et combustion des composés organiques volatils captés et condensés dans les eaux de lavage, caractérisé en ce que les eaux de lavage transitent d’un laveur (2, 203, 303) via un siphon (11,41) dans un réservoir tampon (8, 202, 305) où elles sont parcourues en surface, par au moins une partie du flux d’air destiné à la combustion du foyer, grâce à une entrée d’air (22, 201) dans le réservoir tampon et une sortie d’air(23) de ce réservoir tampon dirigée vers l’admission d’air du foyer, qui guide ainsi les vapeurs de ces polluants volatils contenues dans l’air vers une nouvelle combustion dans le foyer (1,301).

Dispositif de traitement de fumée selon l’une des revendications 5 et 6 caractérisé en ce qu’il comporte en outre un générateur d’ozone (34, 35) qui émet de l’ozone dans les eaux de lavage pour oxyder en phase aqueuse les polluants contenus dans ces eaux de lavage.

Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce qu’il comporte un neutraliseur passif (25) contenant du carbonate

de calcium et carbonate de magnésium (26) ce neutraliseur étant placé sur un des endroits les plus froid du circuit d’eaux de lavage. [Revendication 9] Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le laveur (2, 203, 303) comporte un labyrinthe (6) de mise en contact des fumées avec les eaux de lavage, constitué de paille de métal résistant à la chaleur et à la corrosion. [Revendication 10] Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’arrivée de fumée dans le dispositif de lavage (3, 210) est équipée d’un arrosage spécifique (4, 5, 7) destiné à éviter toute ébullition locale à cet endroit le plus chaud du laveur. [Revendication 11] Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins un étage de dévésiculage et condensation secondaire (20, 38, 201,223, 224, 302) en sortie du dispositif de lavage de manière à optimiser la production de condensats secondaires pour déconcentrer au maximum les eaux de lavage en matière sèche. [Revendication 12] Dispositif selon la revendication 5, destiné à fonctionner notamment derrière des combustions de bois à tirage naturel, caractérisé en ce qu’il comporte un aiguillage de fumée (206) équipé d’un volet (208) disposant d’une position normale stable de sécurité correspondant au tirage naturel et d’une position instable de lavage dans laquelle il est maintenu par un électroaimant (214) sensible à tous les capteurs de sécurité (13, 31,33, 221 , 213, 215, 216, 218, 220, 222) ainsi qu’aux coupures d’électricité et en ce qu’il comporte un ventilateur (205) qui entraîne les fumées à travers un laveur (203) placé en parallèle du conduit de fumée (207) uniquement lorsque le volet (208) est en position de lavage. [Revendication 13] Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le circuit d’eaux de lavage comporte au moins un échangeur (29, 201, 303) chargé d’évacuer la chaleur récupérée par les eaux de lavage dans le dispositif de lavage (2, 203, 303) et distribuer cette chaleur là où elle est utile.

1/7