FR3115861A1

FR3115861A1 - Chaudière thermique « hybride » à carburant carboné

Info

Publication number: FR3115861A1
Application number: FR2011283A
Authority: FR
Inventors: Francois PAL; Francis LOMBARD
Original assignee: Cogexyl Energy
Current assignee: Cogexyl Energy
Priority date: 2020-11-03
Filing date: 2020-11-03
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2040-11-03
Also published as: FR3115861B1

Abstract

Chaudière thermique « hybride » (1) à carburant carboné comprenant : un élément de type dalle (13) qui va recevoir l’élément carboné, qui comprend une torche électrique pour lancer la combustion, un élément de type plan de grille solide (2) qui sera rendu mobile par un élément de type chariot afin de déplacer le carburant carboné de l’élément de type dalle vers la partie inférieure de la grille; et qui possède au moins un caisson (70) en partie inférieure qui va recevoir de l’air primaire pour maintenir la combustion du carburant carboné tout au long de son déplacement sur le plan de grille, au moins deux chambres de décantation de fumée (3) et (4), séparées entre elles par une structure de type voute béton (7) qui injecte de l’air secondaire, permettant de supprimer les particules ou poussières présentes dans les fumées, un dispositif de création de vortex (5) qui permet la création d’un vortex, ou tourbillon, par l’introduction d’air et de vapeur dans une chambre de vortex (8), permettant la dépollution des fumées. un échangeur thermique (6), présentant un dispositif de ramonage inclus.

Description

Chaudière thermique « hybride » à carburant carboné

Le domaine technique de l’invention est celui des incinérateurs traditionnels ou plus généralement celui des chaudières utilisant des déchets carbonés qui seront brûlés et dont les fumées issues de cette combustion seront destinées à chauffer un fluide calorifique, et également, si souhaité, pour fabriquer de l’électricité à l’aide d’un module ORC (« Organik Rankine Cycle », Cycle organique de Rankine).

Les déchets carbonés issus des déchèteries, des démolitions, des déchets industriels encore carbonés sont brûlés dans ces incinérateurs traditionnels.

L’intérêt de ces incinérateurs est double :

détruire les déchets carbonés par combustion, et
à partir des fumées chaudes ainsi créées, on produit de l’eau chaude et également de l’électricité à l’aide d’un module ORC.

Les fumées extrêmement toxiques sortant de ces incinérateurs doivent être dépolluées avant leur rejet dans l’atmosphère.

Art antérieur

On connait des incinérateurs classiques qui sont généralement composés d’une grille sur laquelle le combustible carboné arrive, d’un four pour bruler le combustible et d’une chambre de combustion. La fumée sera récupérée de la chambre de combustion pour être utilisée par un échangeur thermique pour chauffer un fluide et également fabriquer de l’électricité avec le module ORC (optionnel).

Les incinérateurs traditionnels sont souvent très volumineux, consomment énormément d’énergie et présentent un autre inconvenant majeur : la très mauvaise dépollution des fumées issues de la combustion des produits carbonés.

Le fait qu’ils soient très volumineux entraine qu’ils ne peuvent pas être installés dans tous les endroits qui en auraient besoin.

Lorsqu’un élément carboné brûle, celui-ci émet des fumées toxiques polluantes, notamment du CO₂, des NO_X(communément les NO_Xregroupent le monoxyde d’azote, le dioxyde d’azote, et le protoxyde d’azote), dioxines, solvants organiques volatiles (SOV), SO₂, etc.

Les incinérateurs traditionnels fonctionnent généralement à une température comprise entre 800 et 900°C et avec des conditions de fonctionnement qui ne sont pas propices à la dépollution. Tout ceci ne permet pas de créer une dépollution appropriée des fumées. En effet, à ces températures relativement basses et avec des conditions peu appropriée, la dépollution est seulement très partielle, et de ce fait les fumées contiennent des polluants extrêmement nocifs.

De plus, les fumées sont très vite évacuées vers l’échangeur thermique ce qui n’améliore pas le rendement de la dépollution.

Les fumées issues de ces combustions contiennent également des particules (cendres, poussières, éléments non brûlés) qui sont transportées par celles-ci.

Il est donc nécessaire d’ajouter en sortie de l’incinérateur traditionnel des systèmes de traitement, notamment des dispositifs de filtrations très performants, donc très couteux, notamment des électrofiltres, pour dépolluer entièrement les fumées avant leur rejet dans l’atmosphère.

Comme nous venons de voir, les fumées contiennent (en plus des nombreux polluants listés) des particules et ces particules viennent encrasser l’incinérateur, notamment la partie d’échange thermique, pouvant entrainer une obstruction de l’échangeur, ceci en créant une sorte d’isolant qui nuit aux performances des échanges thermiques (fumées / fluide calorifique). En outre, à cause de ces obstructions, il est nécessaire de nettoyer très régulièrement les échangeurs, ce qui entraine un coût supplémentaire.

De plus, les fumées présentent des molécules agressives, notamment H₂S (entre autres), qui viennent abimer l’échangeur thermique, entrainant potentiellement des casses mécaniques et/ou perforations ou a minima un cout d’entretien supplémentaire.

Comme indiqué plus haut, à cause de leurs tailles et également à cause de leurs coûts de fabrication et de fonctionnement, les incinérateurs traditionnels ne peuvent pas être fabriqués partout, ce qui entraine d’autres inconvénients (d’autre coûts supplémentaires, bilan carbone négatif, etc.).

Pour toutes les raisons exposées, les incinérateurs sont très controversés aujourd’hui, notamment car ils demandent un investissement très important difficile à amortir dans le temps.

La communauté européenne est très attentive sur ce sujet et les normes actuelles (et celles à venir) sont extrêmement drastiques et une attention toute particulière est nécessaire dans ce domaine de pollution.

La plupart des entreprises travaillant les matières carbonés préfèrent à ce jour soit traiter les déchets carbonés ailleurs (engendrant comme on l’a vu un coût supplémentaire sans bénéfice, et augmentant l’impact carbone et ne contribuant pas à l’économie circulaire) soit ne pas les traiter du tout.

La présente invention concerne une chaudière thermique « hybride » à carburant carboné c’est-à-dire qu’elle présente les caractéristiques à la fois d’une chaudière biomasse et d’un gazogène. Cette caractéristique « hybride » permet de réduire l’impact carbone et l’économie circulaire. En effet, la chaudière « hybride » selon l’invention sera très largement plus petite que les incinérateurs traditionnels. Etant plus petite, elle pourra être fabriquée quasiment partout, directement placée à côté des lieux de traitement de produits carbonés. Jusqu’à présent, un grand nombre de sociétés utilisant du bois n’ont pas d’autres options que d’envoyer ailleurs leurs déchets carbonés (jusque dans d’autres pays) ce qui augmente les coûts (il faut payer le transport, puis la société qui va s’occuper de l’incinération, et ceci d’autant plus quand les déchets sont envoyés à l’étranger).

La présente invention concerne également un procédé de traitement des fumées qui sera effectuée dans cette chaudière thermique « hybride ».

La chaudière « hybride » selon la présente invention pourra répondre aux nouvelles exigences gouvernementales en matière de rejet de CO₂, de NO_X(communément les NO_Xregroupent le monoxyde d’azote, le dioxyde d’azote, et le protoxyde d’azote), de dioxines et SO₂, solvants organiques volatiles (SOV) etc. dans l’atmosphère.

Etant plus petit qu’un incinérateur, son investissement global est également moindre.

Le terme « hybride » désigne dans la présente invention le fait que la chaudière est à la fois une chaudière biomasse et un gazogène. La chaudière « hybride » permet de transformer un solide en une fumée (ce qui est la caractéristique d’un gazogène) qui sera flambée/brulée à haute température et c’est lors de ce flambage que seront détruits les polluants.

La conception proche de la chaudière biomasse entraine le fait qu’elle ne consomme pas beaucoup d’énergie comparé à un incinérateur traditionnel, et également sans faire de bruit, car fonctionne à faible pression.

Dans toute la présente demande, le terme « carburant carboné » désigne de manière générale tous les matériaux carbonés qui peuvent subir une combustion, notamment le bois, ou déchets issus du bois, etc.

La dépollution des fumées issues de la combustion sera extrêmement performante ce qui n’était pas du tout le cas des incinérateurs traditionnels.

Afin d’améliorer encore plus la dépollution il sera possible d’utiliser des réactifs dans le filtre à manches de la chaudière si nécessaire.

Du fait de cette dépollution très performante des fumées, la chaudière « hybride » selon la présente invention est moins soumise aux usures mécaniques grâce à son procédé de traitement des fumées, ceci entrainant moins d’entretien et également moins de consommation d’énergie.

La présente invention concerne une chaudière thermique « hybride » (1) à carburant carboné comprenant :

un élément de type dalle (13) qui va recevoir l’élément carboné, qui comprend une torche électrique pour lancer la combustion,
un élément de type plan de grille solide (2) qui sera rendu mobile par un élément de type chariot afin de déplacer le carburant carboné de l’élément de type dalle vers la partie inférieure de la grille; et qui possède au moins un caisson (70) en partie inférieure qui va recevoir de l’air primaire pour maintenir la combustion du carburant carboné tout au long de son déplacement sur le plan de grille,
au moins deux chambres de décantation de fumée (3) et (4), séparées entre elles par une structure de type voute béton (7) qui injecte de l’air secondaire, permettant de supprimer les particules ou poussières présentes dans les fumées,
un dispositif de création de vortex (5) qui permet la création d’un vortex (ou tourbillon) par l’introduction d’air et de vapeur dans une chambre de vortex (8), permettant la dépollution des fumées.
un échangeur thermique (6), présentant un dispositif de ramonage inclus.

est une vue en perspective de la chaudière hybride selon la présente invention.

Cette figure montre également le trajet des fumées issues de la combustion.

est une vue en coupe de la chaudière hybride selon la présente invention.

est une vue détaillée du plan de grille (2).

est une vue détaillée du dispositif de création du vortex (5) situé entre le chambre de décantation (4) et la chambre du vortex (8).

est une vue détaillée de la voute béton (7). On observe également un système de registre incorporé qui répond à toutes les charges de carburant carboné en modifiant la quantité d’O₂.

est une vue détaillée de l’échangeur thermique (6).

est un graphique indiquant le tableau de bord partiel de la chaudière, montrant une parfaite gestion des polluants.

Description d’au moins un mode de réalisation préféré

La présente invention concerne donc une chaudière thermique « hybride » (1) à carburant carboné comprenant :

Ladite chaudière « hybride » (1) comprend un ventilateur d’air primaire qui va injecter l’air primaire dans ledit au moins un caisson (70).

Le plan de grille (2) est incliné à partir d’en haut (dalle béton (13)) vers le bas ce qui permet de déplacer le carburant carboné vers le bas dudit plan de grille.

Selon un mode de réalisation préféré, la chaudière « hybride » présente un plan de grille (2) qui est très supérieur (en m2) à celui d’une chaudière classique de biomasse, de même puissance.

Comme on l’a vu dans l’art antérieur, l’un des inconvénients des incinérateurs traditionnels est l’encrassement de l’échangeur thermique. Ceci est dû au fait que les fumées issues de la combustion présentent une vitesse ascensionnelle trop rapide dans la chambre de combustion et donc que les fumées n’ont pas le temps de se débarrasser des particules ou poussières. En effet, les incinérateurs traditionnels fonctionnent avec des pressions bien supérieures à 150 Pa et cette pression qui entraine la vitesse ascensionnelle élevée, en entrainant avec elles des particules qui ne seront pas éliminées et qui iront donc encrasser l’échangeur thermique.

La chaudière « hybride » comprend donc au moins deux chambres de décantation (3) et (4) présentent des températures constantes comprises entre 700 et 800°C (températures inférieures à celles de incinérateurs traditionnels), et présentent une pression elle aussi constante et toujours comprise entre 20 et 30 Pa (très largement inférieure à celle des incinérateurs traditionnels). Cette pression est totalement adaptée pour réduire la vitesse ascensionnelle des fumées et permet d’améliorer la décantation des particules ou poussières, et également de maintenir la température car les fumées vont « stagner » dans les chambres de décantation.

Le passage entre les deux chambres (3) et (4) de décantation est un passage étroit, rétrécissement (50), particulièrement étudié afin de bloquer encore plus les particules en créant un phénomène de rayonnement.

Selon un mode de réalisation préféré, la chaudière « hybride » selon la présente invention possède de préférence trois caissons (70) pour posséder trois registres d’air primaire qui pourront être réglés en quantité d’air primaire indépendamment les uns des autres. Ces trois caissons sont placés en dessous du plan de grille (2). Cela permet de garantir une combustion pauvre en O₂en fonction de la quantité et de la matière à bruler. Cette combustion appauvrie en O₂entraine le fait que les fumées possèdent une vitesse ascensionnelle lente et donc permet de pouvoir traiter les particules lourdes, et également favorise le fait que les particules ou poussières retombent dans les chambres de décantation.

Entre la chambre de décantation de fumées (4) et la chambre du vortex (8) se trouve un dispositif de création de vortex (5). Les fumées traverseront ledit dispositif de création du vortex (5) quand elles passeront de la chambre de décantation (4) vers la chambre du vortex (8). De manière préférée, ledit dispositif de création de vortex (5) sera incliné par rapport à ces deux chambres (4) et (8). Le vortex (ou tourbillon) est créé par ajout de vapeur et d’air (proportionné à la demande en fonction de la quantité et du matériau du carburant carboné). Ce dispositif permet de baisser considérablement la quantité de polluants (CO₂, NO_X, de dioxines, SO₂, solvants organiques volatiles (SOV) etc.) qui sera rejeté dans l’atmosphère. On évite aussi le mâchefer dans les cendres et poussières.

Le vortex (ou tourbillon) présente une longueur proportionnelle à la charge de carburant.

La pointe du vortex est toujours à une température comprise entre 1300 et 1500°C. La température, elle aussi constante, dans la chambre du vortex (8) sera de l’ordre de 1100°C. Cette température est bien supérieure au 850° recommandés (température minimale pour observer des phénomènes de dépollution). C’est dans cette chambre du vortex (8) que s’effectue la dépollution.

La pression dans la chambre du vortex (8) est également comprise entre 20 et 30Pa, pour garantir également le fait que les fumées « stagnent » dans cette chambre, rendant le phénomène de dépollution encore plus performant.

Le phénomène de dépollution se créé grâce au vortex et à sa température élevée qui va « bruler » tous les polluants. En effet, la fumée va obligatoirement passer par le vortex créé par le dispositif de création de vortex , et va donc forcément passer par la pointe (torche) du vortex qui grâce à sa chaleur extrêmement élevée, et par des phénomènes chimiques résultant de la combinaison température/vapeur/air du vortex, vont détruire la quasi totalité des polluants par auto-combustion. Cette auto-combustion va également détruire le reste des particules qui n’ont pas été décantées dans les chambres de décantation (3) et (4).

Une sonde (60) permet de gérer l’ajout de vapeur et d’air dans le vortex afin de garantir que celui-ci soit performant, à température extrêmement élevée et constante.

De part son volume et sa configuration particulière, ainsi qu’une pression faible et constante, la chambre du vortex (8) permet un temps de séjour des fumées supérieur à 2 secondes, de préférence de 4 et 6 secondes, et à la dernière injection d’air (dans le dispositif de création du vortex (5)) se réalise avec une quantité supérieure à 6% d’O₂(ce qui est totalement conforme aux normes ICPE en vigueur à ce jour).

De manière préférée, toutes les faces de la chambre du vortex (8) sont bétonnées.

En ajoutant la vapeur, on baisse encore plus la quantité de polluants (CO₂, de NO_X, de dioxines et SO₂, solvants organiques volatiles (SOV) etc.) dans la chambre du vortex (8). En étant fabriqué en béton réfractaire spécial et avec la qualité des fumées qui pénètrera dans cette chambre du vortex (8), on évite les agression chimiques pour l’échangeur : quasi aucune molécule agressive ne pénètre dans l’échangeur thermique.

La montre le dispositif de création du vortex (5) et on observe qu’il comprend de préférence une arrivée d’air et de vapeur (9), une couronne (10) d’alimentation en air/vapeur et enfin une sortie (11) d’air / vapeur. On observe très clairement l’orifice qui permet aux fumées de traverser ledit dispositif de création du vortex (5).

Le carburant carboné (ou autre déchet carboné) pénètre sur l’élément de type plan de grille (2) solide, de préférence en fonte, par un élément de type vis sans fin (12) qui transporte le carburant carboné sur un élément de type dalle béton (13), de préférence trois éléments de type dalle béton, ce qui permet de répartir le carburant sur la largeur et l’épaisseur. Le démarrage de la combustion se fait à cet endroit là par ladite torche électrique. La torche électrique peut être remplacée par tout moyen permettant de lancer une combustion.

Comme on l’observe dans la , le plan de grille (2) comprend des barreaux mobiles (14), de préférence, en fonte actionnés par un vérin (15) pour faire descendre le carburant carboné. Le plan de grille (2) possède en dessous de lui au moins en trois parties (caissons), séparées par des éléments de séparation (35) en tôle. Les barreaux mobiles (14) reposent sur un châssis (16) et reposent en partie inférieure par une fixation du rond fixe et sur la lame d’eau (17).

De manière préférée, les barreaux mobiles (14) sont constitués en fonte.

L’alternance du mouvement du charriot mobile avec les barreaux fixes entraine la descente du carburant carboné.

De manière préférée, les barreaux (14) mobiles possèdent des orifices uniquement en face et pas sur les cotés, où l’on trouvera des embrèvements, cette disposition particulière permettra de limiter le passage de cendres dans la chambre du chariot.

La longueur du plan de grille (2) permet qu’en bout de ligne (partie inférieure du plan de grille), il ne reste plus de carbone (donc plus de matière qui brûle) dans les cendres. Un tapis (22) de récupération des cendres est positionné en bout de ligne. La longueur du plan de grille permet une homogénéisation de la combustion ce qui permettra aux fumées issues de cette combustion d’être très efficace dans la chambre du vortex (8).

Des galets de translations (40) permettent de faciliter et de rendre très précis le mouvement des barreaux.

Au dessus du plan de grille (2), se trouve donc une structure de type voute béton (7) (observée en ) favorisant la combustion flash (d’un solide on créé un liquide gras qui monte avec les fumées et qui brule par la combustion flash) et séparant les deux chambres de décantation (3) et (4). En plus de sa fonction de séparation, cette voute béton (7) permet l’introduction d’air secondaire au niveau de toute sa longueur. Dans sa partie inférieure, c’est-à-dire faisant face au carburant carboné en combustion, au moins un registre (18), de préférence sept registres, permet de gérer la quantité d’air secondaire à introduire par au moins une entrée (19). Plus y il a de registres (18) le long de cette voute, plus l’introduction d’air secondaire pourra se faire sur toute la longueur de la voute, et sera donc très précise.

La quantité d’air introduit sera fonction de la quantité de carburant carboné qui pénétrera sur le plan de grille (2). La quantité d’air secondaire permet d’assurer la combustion parfaite du carburant carboné et permet également de garantir la température constante dans les deux chambres de décantation (3) et (4).

Au niveau du rétrécissement (50), et selon un mode de réalisation préféré, il est possible de fixer à des crochets (en partie supérieure) au moins un élément de type voile de chaines marines qui sera chauffé à rouge (dues aux températures élevées régnant dans les chambres de combustion). Cet élément viendra obstruer le passage des particules qui tomberont alors au sol.

La voute (7) sur sa partie supérieure est, de préférence plate, pour favoriser le nettoyage, puisque c’est dans les chambres de décantation que des particules vont retomber.

Au pied du plan de grille (2) se trouve la lame d’eau (21) qui sépare la chambre de décantation (3) et la chambre du vortex (8).

La montre précisément l’échangeur thermique . Ledit échangeur thermique (6) comprend un certain nombres de tuyaux (adaptés en fonction du nombre de mégawatt voulus, de 0,3 à 22MW/h) de passage de la fumée (22) avec des turbulateurs compris (également adaptés en fonction du nombre de tuyaux) dedans. Ces turbulateurs permettent de favoriser la performance des échanges entre les fumées et le liquide calorifique. Il comprend également une multitude de tirants (23) soudés de part en part pour permettre de résister à la pression. Ledit échangeur est enveloppé d’au moins un élément de résistance (voile), de type tôles (24). L’entrée d’eau froide (27) se situe à la base de l’échangeur, et la sortie d’eau chaude (26) se trouve à l’opposée.

L’échangeur (6) est positionné verticalement, et permet ainsi de maximiser les échanges thermiques entre les fumées et l’eau froide et augmentant le temps de contact entre eux grâce aux turbulateurs.

Lorsque la fumée présente une température inférieure à 140°C, le bipasse deviendra horizontal avec un seul parcours de fumée. Lorsque la fumée présentera une température supérieure à 140°C, le bipasse sera donc vertical avec deux parcours de fumées, dans le but de maximiser les échanges thermiques. La gestion des deux parcours sera gérée par une sonde de température placée en sortie de chaudière sur le conduit de fumée.

Un extracteur de fumée (28) permet de réguler les fumées avant de quitter la chaudière.

Au dessus de l’échangeur thermique, et de manière préférée, se trouve un dispositif mécanique (29) de ramonage de la chaudière qui fonctionne à l’aide de vérins pour faire monter ou descendre les turbulateurs tout en les faisant vibrer. Ainsi, les résidus contenus dans les fumées et qui se fixent sur les parois de l’échangeur seront évacués par les mouvements des turbulateurs.

Il est totalement possible d’ajouter à cet échangeur thermique un dispositif type module ORC permettant de créer de l’électricité. Cette modification sera totalement accessible à l’homme du métier.

De manière préférée, la chaudière hybride comprend un dispositif à sondes (20) disposée dans la chambre de décantation (4). Ce dispositif à sondes permet de contrôler la température de la chambre de décantation, ainsi que la qualité des fumées, les polluants, etc. avant que celles-ci ne traversent le dispositif de création de vortex (5), avant de rentrer dans la chambre du vortex (8).

La chaudière « hybride » (1) selon la présente invention permettra une production thermique de puissance comprise entre 0,3 et 22 MW/h, de préférence comprise entre 0,3 à 12MW/h, en thermique.

Selon un mode fabrication préféré de la chaudière « hybride », la disposition des principaux éléments se fait ainsi :

la chambre de décantation (3) sera disposée au dessus du plan de grille (2), délimitée au dessus par la chambre du vortex (8), à gauche par la lame d’eau (21) qui la sépare de l’échangeur thermique, et à droite par la voute (7) qui laisse un passage (rétrécissement (50)) vers la chambre de décantation (4),
la chambre de décantation (4) sera délimitée en dessous par la voute (7), au dessus et à droite par la partie lame d’eau de la chaudière, à gauche par le dispositif de création du vortex (8),
la chambre du vortex (8) sera délimitée en dessous par la chambre de décantation (3), à gauche par le dispositif de création du vortex (5) et à droite par l’échangeur thermique, et au-dessus par la d’eau de la chaudière.

D’autres dispositions pourront être accessibles à l’homme du métier tant que les fumées issues de la combustion du carburant carboné suivent le chemin souhaité afin d’être dépolluées et afin d’éliminer les particules ou poussières.

La présence invention concerne un procédé de traitement de fumées par la chaudière thermique « hybride » (1), dans le but que les fumées soient dépolluées avant le passage dans un échangeur thermique, qui comprend les phases suivantes :

phase de traitement par décantation dans les chambres de décantation (3) et (4),
phase de dépollution initiée par le vortex crée dans la chambre du vortex (8) par le dispositif de création de vortex (5).

Le procédé selon la présente demande possèdera de préférence les étapes suivantes :

entrée du carburant carboné dans la chaudière « hybride » (1) par la vis sans fin (12) qui reposera sur une dalle béton. Le début de la combustion sera effectué à cet endroit,
le carburant carboné en combustion sera réparti de manière uniforme sur le plan de grille (2), sur les barreaux en fonte qui, de part leur translation mobile, fera descendre le carburant carboné tout au long du plan de grille (2),
le ventilateur injecte de l’air primaire dans au moins un caisson (70) ce qui permettra de maintenir la combustion. La quantité d’air primaire sera fonction de la quantité de carburant carboné et de sa composition.
les fumées issues de cette combustion montent lentement (grâce à la pression comprise 20 et 30 Pa) dans la première chambre de décantation (3) où une certaine quantité de particules retombe. Les fumées pénètrent dans la seconde chambre de décantation par le rétrécissement (50). La combustion flash aura lieu à cet endroit.
dans ladite chambre de décantation (4), la décantation des particuliers continue et le dispositif à sondes (20) mesure la température des fumées et, si nécessaire, va agir sur le registre (70) incorporé dans la voute (7) pour ajouter de l’air secondaire. Le dispositif à sondes (20) mesure également la qualité des fumées. Ainsi avec cette gestion de l’air secondaire en temps réel, on garantie une combustion parfaite du carburant carboné et donc on obtient une fumée parfaite,
les fumées de la chambre (4) pénètrent dans la chambre du vortex (8), en traversant le dispositif de création du vortex, afin de réaliser la dépollution par le vortex créé par le dispositif de création de vortex (5),
enfin les fumées dépolluées pénètrent dans l’échangeur thermique pour chauffer un fluide calorifique.

Les deux chambres de décantation de fumée (3) et (4) permettent ainsi de maintenir la grande majorité (environ 75%) des poussières issues de la combustion et éviter ainsi que celles-ci n’atteignent l’échangeur thermique (6), et donc éviter d’encombrer celui-ci. Le reste des poussières sera éliminé dans la chambre du vortex (8).

Les poussières, qui sont des particules non agglomérés, retombent ainsi dans le fond de la chambre de décantation (3) et pourront être facilement évacuées.

Ledit dispositif à sondes (20) va envoyer des données à un élément de gestion situé dans l’armoire électrique qui va permettre, le cas échéant, de contrôler l’apport d’air secondaire et/ou la quantité de carburant carboné à bruler. En jouant sur ces deux apports (air secondaire (en fonction du taux d’humidité) et du carburant carboné), on permet de garantir une combustion parfaite et donc une température parfaite et constante ce qui permet l’élimination des particules et poussières des fumées dans les chambres de décantation (3) et (4).

Comme déjà décrit, la chaudière « hybride » possède au moins deux chambres de décantation (3) et (4) qui possèdent une température comprise entre 700 et 800°C, et une atmosphère appauvrie en O₂.

Ces caractéristiques permettent de créer une fumée très performant à une température élevée et dans une atmosphère appauvrie en O₂, dont les particules ou poussières auront été supprimées. Cette fumée sera prête à être dépolluée dans la chambre de vortex (8).

Ainsi, quasi aucune poussière ou particule ne pénètre dans la chambre du vortex (8), et par conséquent pas de risque d’encrassement dans l’échangeur.

Ledit dispositif à sondes (20) étudie la qualité des fumées en analysant la teneur en O₂des fumées et les données seront analysées en temps réel pour que les fumées soient toujours de composition parfaite. De manière préférée, la teneur en O₂dans la chambre de décantation (4) doit être comprise entre 1 et 6%, de manière encore plus préférée comprise entre 1 et 3%.

Le procédé de traitement de fumée subit donc une dépollution que se créé grâce au vortex et à sa température élevée qui va « bruler » tous les polluants. En effet, la fumée va obligatoirement passer par le vortex créé par le dispositif de création de vortex , et va donc forcément passer par la pointe (torche) du vortex qui grâce à sa chaleur extrêmement élevée, et par des phénomènes chimiques résultant de la combinaison température/vapeur/air du vortex, vont détruire la quasi totalité des polluants par auto-combustion.

La dépollution fonctionne parfaitement à partir de 20% de charge de carburant carboné, jusqu’à 100%. En dessous de 20% de charge, la dépollution sera incomplète car trop peu de fumée sera créée par la combustion.

Les cendres (100) issues de la combustion du carburant carboné qui se trouvent en bout du plan de grille (2) seront évacuées.

La chaudière « hybride » avec sa gestion optimale et précise des fumées permet une combustion parfaite du carburant carboné qui sera dépollué et qui ne présentera plus de particules ou poussières.

La dépollution fonctionne parfaitement à partir de 20% de charge de carburant carboné, jusqu’à 100%. En dessous de 20% de charge, la dépollution sera incomplète car trop peu de fumée sera crée par la combustion.

La présente un exemple de fonctionnement de la chaudière « hybride » (1) selon la présente invention. On observe les courbes de dépollution pour une charge de carburant carboné de 76,90% à une puissance de production de 807kW/h.

On observe très clairement que la dépollution des NO_Xest très performante.

Le coût d’entretien de cette chaudière « hybride » est environ divisé par deux par rapport aux incinérateurs traditionnels.

Toutes les dimensions, volumes des chambres de décantations , chambre du vortex seront adaptés en fonction du plan de grille (2). Ces éléments pourront être déterminés par l’homme du métier à l’aide de ses connaissances et d’essais de routine.

Toutes les étapes, ainsi que tous les réglages seront accessibles à l’homme du métier à l’aide d’essais de routine et/ou de ses connaissances.

Claims

Chaudière thermique « hybride » (1) à carburant carboné permettant une production thermique de puissance comprise entre 0,3 et 22 MW/h, de préférence comprise entre 0,3 à 12MW/h, caractérisée en ce qu’elle comprend :
un élément de type dalle (13) qui va recevoir l’élément carboné, qui comprend une torche électrique pour lancer la combustion,

un élément de type plan de grille solide (2) qui sera rendu mobile par un élément de type chariot afin de déplacer le carburant carboné de l’élément de type dalle vers la partie inférieure de la grille; et qui possède au moins un caisson (70) en partie inférieure qui va recevoir de l’air primaire pour maintenir la combustion du carburant carboné tout au long de son déplacement sur le plan de grille,

au moins deux chambres de décantation de fumée (3) et (4), séparées entre elles par une structure de type voute béton (7) qui injecte de l’air secondaire, permettant de supprimer les particules ou poussières présentes dans les fumées,

un dispositif de création de vortex (5) qui permet la création d’un vortex, ou tourbillon, par l’introduction d’air et de vapeur dans une chambre de vortex (8), permettant la dépollution des fumées,

un échangeur thermique (6), présentant un dispositif de ramonage inclus.
Chaudière « hybride » (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le carburant carboné pénètre sur l’élément de type plan de grille (2), de préférence en fonte, par un élément de type vis sans fin (12) qui transporte le carburant carboné sur un élément de type dalle béton (13), de préférence trois éléments de type dalle béton, ce qui permet de répartir le carburant sur la largeur et l’épaisseur, le démarrage de la combustion se fait à cet endroit là par ladite torche électrique.
Chaudière « hybride » (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comprend un ventilateur d’air primaire qui va injecter l’air primaire dans ledit au moins un caisson (70).
Chaudière « hybride » (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comprend donc au moins deux chambres de décantation (3) et (4) présentant des températures constantes comprises entre 700 et 800°C, et présentant une pression elle aussi constante et toujours comprise entre 20 et 30 Pa.
Chaudière « hybride » (1) selon la revendication 1 ou 4, caractérisée en ce que le passage entre les deux chambres (3) et (4) de décantation est un passage étroit, rétrécissement (50), étudié afin de bloquer les particules en créant un phénomène de rayonnement.
Chaudière « hybride » (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que entre la chambre de décantation de fumées (4) et la chambre du vortex (8) se trouve un dispositif de création de vortex (5); le vortex, ou tourbillon, est ainsi créé par ajout de vapeur et d’air.
Chaudière « hybride » (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que la pointe du vortex est toujours à une température comprise entre 1300 et 1500°C ; la température, elle aussi constante, dans la chambre du vortex (8) sera de 1100°C, et la pression dans la chambre du vortex (8) est également comprise entre 20 et 30Pa, pour garantir également le fait que les fumées « stagnent » dans cette chambre, rendant le phénomène de dépollution encore plus performant.
Chaudière « hybride » (1) selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que le dispositif de création du vortex (5) comprend une arrivée d’air et de vapeur (9), une couronne (10) d’alimentation en air/vapeur et enfin une sortie (11) d’air/vapeur, et est incliné par rapport aux chambres de décantation (4) et de vortex (8).
Chaudière « hybride » (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’une sonde (60) permet de gérer l’ajout de vapeur et d’air dans le vortex.
Chaudière « hybride » (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que au dessus du plan de grille (2), se trouve donc une structure de type voute béton (7) qui :
favorise la combustion flash : d’un solide on créé un liquide gras qui monte avec les fumées et qui brule par la combustion flash ;

sépare les deux chambres de décantation (3) et (4), et

permet l’introduction d’air secondaire au niveau de toute sa longueur : dans sa partie inférieure, c’est-à-dire faisant face au carburant carboné en combustion, au moins un registre (18), de préférence 7 registres, permet de gérer la quantité d’air secondaire à introduire par au moins une entrée (19).
Chaudière « hybride » (1) selon la revendication 11, caractérisée en ce qu’elle comprend des barreaux (14) mobiles possèdent des orifices uniquement en face et pas sur les cotés, où l’on trouvera des embrèvements, cette disposition particulière permettra de limiter le passage de cendres dans la chambre du chariot.
Chaudière « hybride » (1) selon la revendication 5 , caractérisée en ce que au niveau du rétrécissement (50), il est possible de fixer à des crochets, en partie supérieure, au moins un élément de type voile de chaines marines qui sera chauffé à rouge dues aux températures élevées régnant dans les chambres de combustion; cet élément viendra obstruer le passage des particules qui tomberont alors au sol.
Chaudière « hybride » (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comprend un dispositif à sondes (20) disposée dans la chambre de décantation (4) : ce dispositif à sondes permet de contrôler la température de la chambre de décantation, ainsi que la qualité des fumées, les polluants, etc. avant que celles-ci ne traversent le dispositif de création de vortex (5) avant de rentrer dans la chambre du vortex (8).
Chaudière « hybride » (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la disposition des principaux éléments se fait ainsi:
la chambre de décantation (3) sera disposée au dessus du plan de grille (2), délimitée au dessus par la chambre du vortex (8), à gauche par la lame d’eau (21) qui la sépare de l’échangeur thermique, et à droite par la voute (7) qui laisse un passage (rétrécissement (50)) vers la chambre de décantation (4),

la chambre de décantation (4) sera délimitée en dessous par la voute (7), au dessus et à droite par la partie lame d’eau de la chaudière, à gauche par le dispositif de création du vortex (8),

la chambre du vortex (8) sera délimitée en dessous par la chambre de décantation (3), à gauche par le dispositif de création du vortex (5) et à droite par l’échangeur thermique, et au-dessus par la d’eau de la chaudière.
Procédé de traitement de fumées par la chaudière thermique « hybride » (1) telle que décrite selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, pour que les fumées soient utilisées dans un échangeur thermique, caractérisé en ce qu’il comprend les phases suivantes :
phase de traitement par décantation dans les chambres de décantation (3) et (4),

phase de dépollution initiée par le vortex crée dans la chambre du vortex (8) par le dispositif de création de vortex (5).
Procédé de traitement de fumées selon la revendication 15, caractérisé en ce qu’il possède les étapes suivantes :
entrée du carburant carboné dans la chaudière « hybride » (1) par la vis sans fin (12) qui reposera sur une dalle béton. Le début de la combustion sera effectué à cet endroit,

le carburant carboné en combustion sera réparti de manière uniforme sur le plan de grille (2) solide, sur les barreaux en fonte qui, de part leur translation mobile, fera descendre le carburant carboné tout au long du plan de grille (2),

le ventilateur injecte de l’air primaire dans au moins un caisson (70) ce qui permettra de maintenir la combustion ; la quantité d’air primaire sera fonction de la quantité de carburant carboné et de sa composition;

les fumées issues de cette combustion montent dans la première chambre de décantation (3) où une certaine quantité de particules retombe, grâce à la pression comprise 20 et 30 Pa, les fumées pénètrent dans la seconde chambre de décantation par le rétrécissement (50), la combustion flash aura lieu à cet endroit,

dans ladite chambre de décantation (4), la décantation des particuliers continue et le dispositif à sondes (20) mesure la température des fumées et, si nécessaire, va agir sur le registre (70) incorporé dans la voute (7) pour ajouter de l’air secondaire , le dispositif à sondes (20) mesure également la qualité des fumées, ainsi avec cette gestion de l’air secondaire en temps réel, on garantie une combustion parfaite du carburant carboné et donc on obtient une fumée parfaite,

les fumées de la chambre (4) pénètrent dans la chambre du vortex (8), en traversant le dispositif de création du vortex, afin de réaliser la dépollution par le vortex créé par le dispositif de création de vortex (5),

enfin les fumées dépolluées pénètrent dans l’échangeur thermique pour chauffer un fluide calorifique.
Procédé de traitement de fumées selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que ledit dispositif à sondes (20) va envoyer des données à un élément de gestion situé dans l’armoire électrique qui va permettre, le cas échéant, de contrôler l’apport d’air secondaire et/ou la quantité de carburant carboné à bruler, en jouant sur ces deux apports (air secondaire (en fonction du taux d’humidité) et du carburant carboné), on permet de garantir_lacombustion à une température_{comprise entre 700 et 800°C}et constante.
Procédé de traitement de fumées selon l’une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce que ledit dispositif à sondes (20) étudie la qualité des fumées en analysant la teneur en O₂des fumées et les données seront analysées en temps réel , de manière préférée, la teneur en O₂dans la chambre de décantation (4) doit être comprise entre 1 et 6%, de manière encore plus préférée comprise entre 1 et 3%.
Procédé de traitement de fumées selon l’une quelconque des revendications 15 à 18, caractérisé en ce que le phénomène de dépollution se créé grâce au vortex et à sa température élevée qui va « bruler » tous les polluants : la fumée va obligatoirement passer par le vortex créé par le dispositif de création de vortex, et va donc forcément passer par la pointe, torche, du vortex qui grâce à sa chaleur extrêmement élevée, et par des phénomènes chimiques résultant de la combinaison température/vapeur/air du vortex, vont détruire la quasi totalité des polluants par auto-combustion ; cette auto-combustion va également détruire le reste des particules qui n’ont pas été décantées dans les chambres de décantation (3) et (4).
Procédé de traitement de fumées selon l’une quelconque des revendications 15 à 19, caractérisé en ce que la dépollution fonctionne à partir de 20% de charge de carburant carboné, jusqu’à 100%.
Procédé de traitement de fumées selon l’une quelconque des revendications 15 à 20, caractérisé en ce que la chambre du vortex (8) permet un temps de séjour des fumées supérieur à 2 secondes, de préférence de 4 et 6 secondes, et à la dernière injection d’air (dans le dispositif de création du vortex (5)) se réalise avec une quantité supérieure à 6% d’O₂.