FR2701540A1 - Chambre de combustion à brûleur sur façade et système de réduction des émissions de corps polluants, tels qu'oxydes d'azote. - Google Patents

Abstract

La présente invention se rapporte à une chambre de combustion à brûleurs sur façade avant. Cette chambre (1) du type comprenant une paroi dite façade avant (11) à travers laquelle est agencé au moins un brûleur d'alimentation (2), est caractérisée en ce qu'au moins une buse d'injection complémentaire (301-309; 321-329) de comburant est prévue dans la chambre à une distance prédéterminée du brûleur (2) suivant une direction d'injection (L) en combustible et définissant un plan d'injection complémentaire de comburant délimitant deux zones de combustion à l'intérieur de chacune desquelles la quantité de comburant fournie est au plus légèrement supérieure à la quantité nécessaire de combustion stœchiométrique du combustible, et en ce que la flamme formée dans cette chambre (1) se propage de manière rectiligne en amont d'un premier plan (P1) d'injection complémentaire, et en tourbillon turbulent en aval de ce plan (P1). Cette chambre de combustion (1) peut s'appliquer à la réalisation de chaudières, fours ou analogues, fonctionnant avec un combustible fluide ou solide pulvérisé.

Description

La présente invention se rapporte à une chambre de combustion, pour une chaudière, un four ou analogue, et comportant un système qui permet de réduire les émissions de corps polluants, tels que notamment les oxydes d'azote.

On a déjà proposé dans l'art antérieur d'équiper une chaudière ou un four avec une chambre de combustion, à l'intérieur de laquelle un mélange de combustible et de comburant est introduit au niveau d'une paroi de la chambre appelée "façade avant", afin d'y être brûlé. Plus précisément, au moins un brûleur, c'est-à-dire un système combinant une alimentation en comburant sous pression et un injecteur de combustible, est agencé, de préférence dans un ouvreau, sur la façade et orienté suivant une direction d'injection à peu près perpendiculaire à celle-ci, de manière à propager ledit mélange à l'intérieur de la chambre.

De plus, dans le cas ou un ou plusieurs brûleurs débouchent dans la chambre de combustion, des mélanges de compositions différentes pourront y être alternativement brûlés. Alors, chaque ouvreau est conçu pour un ou plusieurs mélanges de combustible et de comburant donnés. Par exemple, il est possible de choisir comme combustible un fluide liquide ou gazeux, ainsi qu'un solide sous forme pulvérulente, tandis que le comburant peut être entre autres de l'air, souvent réchauffé à une température qui peut être comprise entre 20 et 300"C et éventuellement enrichi en oxygène, de l'oxygène ou encore des gaz recyclés.

Toutefois, les chambres du type décrit plus haut génèrent des quantités importantes de corps polluants, et notamment d'oxydes d'azote ou "NOX", lors de la combustion du mélange. Ceci est dû essentiellement d'une part à la manière dont s'effectue la propagation de ce mélange combustible, et d'autre part à la composition de ce mélange.

En effet, la propagation dans la chambre du mélange combustible par les brûleurs de façade connus, s'effectue de manière turbulente, et en particulier lorsque l'on cherche à provoquer un retour de flamme. La flamme ainsi obtenue est courte (en forme de "boule de feu"), dense et a une température très élevée.

Or, on sait que plus une combustion s'effectue à température élevée, plus celleci dégage de produits polluants tels qu'oxydes d'azote, et plus la longévité des parties du brûleur en contact avec une pareille flamme diminue.

Par ailleurs, puisque la proportion de comburant dans le mélange propagé à l'intérieur de la chambre par chacun des brûleurs de façade connus est suffisante pour que la totalité du combustible contenu dans ce mélange soit brûlée, ce dernier contient un très fort excédent de comburant à la sortie du brûleur, c'est-à-dire dans la zone de front de flamme, pour qu'à l'autre extrémité de cette flamme (ou queue), la combustion soit réalisée dans une atmosphère légèrement plus riche en comburant que pour une combustion stoechiométrique.

Par conséquent, la combustion s'effectue principalement dans une atmosphère excessivement riche en comburant, et donc propice à la formation de NOX.

Aussi on a proposé dans l'art antérieur d'équiper ce type de chambres de combustion, avec des brûleurs spéciaux dits brûleurs "bas NOX". Ces brûleurs comprennent en général un ouvreau refroidi ou en matériau réfractaire tel que béton, acier ou ciment et plusieurs injecteurs de combustibles répartis dans le plan de la façade, à l'intérieur de cet ouvreau. Néanmoins, de tels brûleurs bas
NOX sont relativement coûteux à l'achat et à l'entretien, et dans le cas d'un combustible liquide, consomment des quantités importantes de vapeur d'eau.

On a aussi proposé dans l'art antérieur des chaudières dites "à chauffe tangentielle". Avec de telles chaudières, on a remarqué qu'il est possible d'obtenir une combustion produisant moins d'oxydes d'azote qu'avec les chambres à brûleurs de façade. Ces chaudières à chauffe tangentielle comprennent une chambre sensiblement prismatique dont les arêtes longitudinales sont équipées de barres ou "péniches" où sont répartis des injecteurs de combustible et des systèmes d'alimentation en comburant. Les systèmes d'alimentation et les injecteurs de ces chaudières sont orientés de façon à peu près convergente vers un axe central parallèle aux péniches longitudinales.

On obtient ainsi une turbulence en forme de couches enroulées autour de l'axe central de la chambre, et donc perpendiculaire à la direction d'injection du combustible. Cependant, les péniches, et par conséquent l'axe central de la chambre, doivent être disposées à la verticale pour que ce type de chaudière fonctionne bien, et ce qui rend ces dernières est relativement encombrantes.

Aussi, la présente invention à pour but de proposer une chambre de combustion qui pallie les inconvénients de l'art antérieur énoncés plus haut.

A cet effet, l'invention a pour objet une chambre de combustion pour four, chaudière ou analogue, et du type comprenant une paroi dite "façade avant" à travers laquelle est agencé au moins un brûleur orienté suivant une direction d'injection du combustible à peu près perpendiculaire à ladite façade, et apte à propager ou projeter à l'intérieur de la chambre un mélange de comburant et de combustible à brûler quelconques, caractérisée en ce qu'au moins une buse d'injection complémentaire de comburant est prévue dans la chambre à une distance prédéterminée du brûleur suivant la direction d'injection et de préférence orientée suivant un plan approximativement perpendiculaire à celle-ci, chaque plan d'injection complémentaire délimitant deux zones de combustion à l'intérieur de chacune desquelles la quantité de comburant fourni est sensiblement égale ou légèrement supérieure à la quantité nécessaire à une combustion stoechiométrique du combustible dans cette zone, et en ce que, le brûleur propageant le mélange de manière à peu près rectiligne dans la zone où il débouche, le comburant complémentaire injecté dans chaque zone en aval d'un plan d'injection suivant le sens de propagation du combustible, provoque sur ce dernier une mise en rotation turbulente en vrilles et d'axe parallèle à la direction d'injection du combustible.

Suivant une autre caractéristique, la chambre de combustion est de forme prismatique, et comporte pour chaque zone en aval d'un plan d'injection au moins deux buses, dont chacune forme un jet de comburant secant au jet d'une autre buse de la même zone. Au moins l'une de ces buses peut être disposée à proximité *une arête longitudinale de la chambre sensiblement parallèle à la direction d'injection précitée.

Dans le cas d'une chambre à section en forme de parallélogramme ou quadrilatère, le rapport entre les deux côtés du parallélogramme est de préférence compris entre 1 et 1,25.

Avantageusement, au moins deux buses d'injection en comburant, éventuellement disposées de part et d'autre d'un plan d'injection et à proximité d'une même arête longitudinale de la chambre, sont alimentées par un collecteur ou rampe commun, lui-même relié à une source de comburant sous pression.

Par exemple, le collecteur précité peut être pourvu d'au moins une vanne papillon ou analogue, apte à réguler le débit en comburant de chaque buse disposée en aval de cette vanne. Similairement, l'une au moins des buses d'injection peut être alimentée en comburant par l'intermédiaire d'une vanne de régulation.

Suivant encore une autre caractéristique, les buses d'injection d'au moins une zone sont orientées suivant une direction sensiblement tangente à la périphérie de la flamme dans cette zone et suivant le sens de la vrille formée par cette flamme.

On notera ici qu'au moins un brûleur d'alimentation comporte, au niveau de sa sortie, un ou plusieurs éléments en saillie dans le flux de comburant de ce brûleur, et faisant office d'accrocheurs de flamme.

Par ailleurs, il est possible qu'un ou plusieurs brûleurs comportent au moins deux injecteurs qui permettent respectivement de propager dans la chambre un combustible différent.

On peut également envisager que, si au moins l'un des combustibles brûlés dans la chambre est un combustible solide, la direction d'injection précitée est à peu près horizontale et qu'une paroi de la chambre sensiblement parallèle à cette direction et qui constitue le fond ou sole de cette chambre soit en forme de trémie de récupération ou "cendrier", de grille ou de lit fluidisé.

De plus, au moins deux buses de cassage sont disposées en vis-à-vis suivant une direction perpendiculaire à la direction d'injection et sécantes à l'axe de rotation du combustible, dans la zone d'injection la plus éloignée de la façade avant suivant le sens de propagation du combustible.

Mais d'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description détaillée de modes de réalisation, donnés uniquement à titre d'exemples, qui suit et se réfère aux dessins annexés, dans lesquels:
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une chambre de combustion conforme à l'invention;
- la figure 2 est une vue en coupe suivant un plan d'injection de la chambre de la figure 1, et perpendiculairement à la direction longitudinale de celle-ci;
- la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un brûleur d'alimentation pour une chambre de combustion conforme à l'invention; et
- la figure 4 est un diagramme dont l'abscisse représente la direction longitudinale d'une chambre conforme à l'invention, et dont l'ordonnée indique la quantité cumulée de comburant fourni ou injecté.

En se reportant aux figures 1 et 2, on voit une chambre de combustion 1, par exemple pour une chaudière, un four ou analogues. La direction longitudinale de la chambre 1 est désignée en L. La chambre de combustion 1 comporte une paroi 11 sensiblement perpendiculaire à la direction L, et appelée façade avant.

Bien que la direction longitudinale L de la chambre de combustion 1 soit à peu près horizontale sur les figures 1 à 3, il est possible que celle-ci soit orientée suivant une autre disposition dans l'espace, et par exemple à la verticale.

La référence numérique 2 désigne sur les figures 1 et 3 un brûleur, agencé sur la façade 11 de la chambre 1 et permettant de propager à l'intérieur de celle-ci, un mélange de combustible et de comburant. Plus précisément, le brûleur 2 est disposé coaxialement dans un ouvreau 21, par exemple de forme cylindrique, et qui débouche dans la chambre 1. Un dispositif d'alimentation primaire 22 en comburant est prévu dans l'ouvreau 21 du brûleur 2. Ce dispositif 22 est relié et alimenté par une source primaire P de comburant sous pression, tel que de l'air, de l'oxygène ou un mélange de gaz recyclés, notamment. Un système d'injection 23 de combustible est également prévu dans l'ouvreau 21 du brûleur 2 et raccordé à une source de combustible F.Le système d'injection 23 et le dispositif d'alimentation 22 permettent au brûleur 2 de propager un mélange de combustible et de comburant dans la chambre 1, suivant une direction généralement parallèle à L et dans le sens A de son éloignement de la façade 11. De fait, puisque le système d'injection 23 et le dispositif d'alimentation 22 sont orientés à peu près parallèlement à la direction
L, celle-ci est aussi appelée direction d'injection du comburant.

I1 va de soi que plusieurs brûleurs similaires à celui qui vient d'être décrit peuvent être prévus sur la façade 11. Dans ce cas, on essayera autant que possible de regrouper ces brûleurs les uns par rapport aux autres. Alors, plusieurs combustibles différents, éventuellement mélangés à des comburants respectivement différents, peuvent être employés dans la chambre de combustion 1. Entre autres, il est possible de brûler dans la chambre 1 du mazout, du gaz, du charbon ou des déchets pulvérisés, dans la mesure où au moins un brûleur approprié est prévu sur la façade il. De plus, la chambre 1 comprend un échappement E permettant l'évacuation des gaz et fumées produits lors de la combustion du mélange.

Conformément à l'invention, au moins une buse d'injection complémentaire de comburant est prévue dans la chambre 1 à une distance prédéterminée du brûleur 2 suivant la direction d'alimentation L et est de préférence orientée suivant un plan (P1 à P5) approximativement perpendiculaire à celle-ci. Chaque plan d'injection complémentaire (confondu avec le plan de la feuille sur la figure 2) délimite deux zones de combustion à l'intérieur de chacune desquelles la quantité de comburant fournie est sensiblement égale ou légèrement supérieure à la quantité nécessaire à une combustion stoechiométrique du combustible dans cette zone.De plus, chaque brûleur 2 de la façade avant 11 propageant ledit mélange de manière à peu près rectiligne dans la zone où il débouche, le comburant complémentaire injecté dans chaque zone en aval d"un plan d'injection suivant le sens A de propagation du combustible, provoque sur ce dernier une mise en rotation turbulente en vrilles et d'axe parallèle à la direction d'injection L.

I1 convient de noter que les plans et les zones d'injection ne sont décrits ici que pour permettre une bonne compréhension de l'invention. Evidemment, l'intérieur de la chambre 1 ne constituant qu'un seul et même espace où les fluides peuvent circuler, la notion de zone est bien sûr à interprêter au sens large, c'est-à-dire en admettant certains transferts de fluide à travers les plans d'injection.

On comprend déjà qu'à l'aide de la structure particulière de la chambre 1 conforme à l'invention, la distribution en comburant s'effectue de manière étagée ou répartie suivant la direction longitudinale L, comme ceci ressort bien de la figure 4. Grâce à un tel étagement, les flux s'écoulant dans l'espace défini par la chambre 15 sont optimisés, de sorte que la combustion s'effectue dans de meilleures conditions.

Pour illustrer ceci, on a représenté une figure 4 un diagramme sur lequel l'abscisse correspond à la direction longitudinale L d'une chambre 1, à partir de sa façade 11 jusqu'à une paroi 12 disposée en regard de la façade et constituant l'autre extrémité longitudinale de la chambre 1. L'ordonnée du diagramme de la figure 4 indique les quantités Q de comburant injecté dans la chambre 1, cumulées suivant L. On voit sur ce diagramme une ligne horizontale EDT qui indique que la totalité du comburant nécessaire pour brûler le combustible propagé par un brûleur est injectée au niveau de la façade 11, dans les chambres de combustion de l'art antérieur.La ligne transversale ST indique de façon cumulée, la quantité de comburant nécessaire pour obtenir une combustion stoechiométrique du combustible injecté au niveau de brûleurs 2 d'une façade dans une chambre de combustion ayant une structure telle que celles qui viennent d'être décrites. La comparaison entre la ligne de stoechiométrie ST et la ligne EDT, laisse parfaitement apparaître que dans les chambres de combustion de l'art antérieur, le combustible est brûlé dans une ambiance très excédentaire en comburant, et donc favorable à la production de NOX, surtout à proximité des brûleurs.

A l'inverse, il ressort de la ligne en paliers INV qui représente l'injection étagée suivant L, que dans une chambre de combustion 1 conforme à l'invention, grâce aux buses d'injection complémentaires, le combustible injecté au niveau de la façade 11 est brûlé dans une ambiance très légèrement excédentaire en comburant, en comparaison avec la ligne ST, de sorte que les chambres de combustion conformes à l'invention générent une quantité acceptable de NOX, notamment au regard des législations environnementales en vigueur.

Une autre différence essentielle entre l'invention et l'art antérieur, consiste en ce que la propagation du mélange combustible par chaque brûleur 2 s'effectue de manière faiblement turbulente, c'est-à-dire sous la forme d'un "flux parallèle". Autrement dit, chaque brûleur 2 de la chambre 1 conforme à l'invention est prévu pour propager le mélange à brûler, quasiment sans mise à rotation autour d"un axe centré sur ce brûleur et parallèle à L, et donc de façon sensiblement rectiligne. Néanmoins, il faut noter ici que le mélange ainsi propagé subit une expansion perpendiculairement à L, due aux variations de température et de masse volumique provoquées par la combustion. C'est pour cette raison que le flux illustré sur la figure 3 à une forme conique s'évasant suivant le sens de la flèche A.

Or, on sait qu'une propagation rectiligne ou "laminaire" permet de minimiser la production de NOX et d'autres corps polluants, à proximité de la zone de front d'une flamme, c'est-à-dire en sortie de brûleur. En effet, dans cette zone de la flamme désignée en F sur la figure 3, ce sont les particules de combustible les plus fines et à combustion la plus rapide qui brûlent (gaz, vapeurs, poussières fines...) et la combustion de ce type de particules génère relativement peu de NOX, si elle s'effectue au sein d'un "flux rectiligne" tel que celui qui est produit par le brûleur 2 de l'invention.

Sur la figure 4, la zone de front de la flamme F produite dans la chambre 1 conforme à l'invention est désignée en PA, et est appelée zone de propagation rectiligne du mélange combustible.

A l'instar de ce qui a été expliqué plus haut, l'alimentation du brûleur 2 par les sources de combustible F et de comburant primaire P est réglée ou ajustée pour que les particules fines soient brûlées à l'intérieur de la zone PA, et dans une ambiance au plus légèrement excédentaire en comburant par rapport à une combustion stoechiométrique, comme ceci ressort de la figure 4.

Par contre, on sait qu'en brûlant les particules de combustible fines et à emflammement rapide, une atmosphère riche en gaz carbonique (C02) se crée autour des particules restantes de combustible, à savoir les particules de volume plus important, riches en carbone fixe et donc relativement difficiles à enflammer. De fait, en aval du front de flamme suivant le sens de propagation A et la direction d'injection L, un flux parallèle ou rectiligne du combustible ne permet pas d'obtenir des conditions optimales de combustion. I1 est donc intéressant d'augmenter en aval du front de flamme, le brassage entre combustible et comburant, par exemple en augmentant l'intensité de turbulence.

Dans ce but, la chambre 1 est équipée de buses d'injection complémentaires telles que celles qui sont désignées par les références 301 à 309 et 321 à 329 sur la figure 1. On comprend bien que pour préserver les avantages liés à la combustion des particules fines de combustible dans un flux d'injection "rectiligne", la ou les buses les plus proches de la façade 1 1 (ici les buses disposées dans le même plan P1 que celles qui sont désignées en 301 et 321) doivent être disposées à une distance prédéterminée de la sortie du brûleur 2.Cette distance qui est égale à la longueur de la zone PA (figure 4), correspond à une position suivant L où une injection complémentaire de comburant apte à provoquer une mise en rotation turbulente en vrille de la flamme F, permet une combustion générant moins de produits polluants tels que NOX, que si l'alimentation était toujours effectuée sous la forme d"un flux rectiligne.

I1 est évident que pour que l'efficacité d'une telle injection complémentaire soit optimale, la position du front de la flamme F par rapport à la sortie du brûleur 2 doit être stable. Dans ce but, il est avantageux de prévoir à la sortie de chaque brûleur 2 de la façade 11, ce qu'il est courant d'appeler "accrocheur de flamme". Suivant l'exemple de la figure 3, l'accrocheur de flamme du brûleur 2 est constitué par un ou plusieurs éléments 24 en saillie dans un flux de comburant primaire IP de manière à générer un ou des tourbillons V. Ces tourbillons V qui sont à l'abri du flux IP, provoquent en permanence la rotation d'une flamme secondaire garantissant une position fixe du front de la flamme principale F.

On voit bien sur l'exemple des figures 1 et 2, que la chambre de combustion 1 est de forme prismatique à section en forme de quadrilatère ou parallélogramme, perpendiculairement à la direction L. De préférence, le rapport entre le côté ou largeur D et l'autre côté ou hauteur H de cette section, et donc de la façade 11, est compris entre 1 et 1,25 pour que l'injection de comburant complémentaire s'effectue dans des conditions optimales. En d'autres termes,D < H < 1,25 D.

En outre, on voit sur les figures 1 et 2 que la chambre 1 comporte pour chaque zone en aval du premier plan d'injection P1 (le plus proche de la façade 1 1 suivant le sens A de propagation du combustible), au moins deux buses (301, 321) dont chacune forme un jet de comburant sécant ou jet provenant *une autre buse de la même zone. Ici, au moins une de ces buses est disposée à proximité d'une arête longitudinale de la chambre 1, et donc d'une arête sensiblement parallèle à la direction d'injection L.

En fait, comme on le voit sur la figure 2, la chambre 1 comporte pour chaque plan d'injection complémentaire, quatre buses d'injection en comburant.

Toutefois, on notera ici qu'il peut être particulièrement avantageux de prévoir trois buses à jet sécant par plan d'injection complémentaire. Chacune des ces buses d'injection fait saillie à l'intérieur de la chambre 1, et est orientée suivant une direction sensiblement tangente à la périphérie de la flamme F au niveau du plan d'injection auquel elle appartient, et suivant le sens de la vrille (indiqué par les flèches F sur la figure 2) formé par cette flamme. Alors, puisque chaque buse injecte, comme ceci est indiquée par les flèches IC, du comburant vers la flamme F, ce comburant se mélange au combustible propagé suivant L par le brûleur 2, et donne à la flamme en aval du plan d'injection correspondant, la forme d'une vrille ou "tire-bouchon".Evidemment, la somme des injections IC de comburant est déterminée pour correspondre à un apport au plus légèrement supérieur à celui nécessaire pour une combustion stoechiométrique du combustible brûlée à l'intérieur de la zone correspondante. En d'autres termes, le comburant fourni par les quatre injecteurs disposés entre deux plans d'injection, permet aux particules brûlant entre ces plans, d'être consumées dans une atmosphère légèrement excédentaire en comburant, comme ceci ressort bien de la figure 4.

Toujours en se reportant aux figures 1 et 2, on voit qu'il peut être avantageux qu'au moins deux buses à comburant, éventuellement disposées de part et d'autre d'un plan d'injection (Pl à P5) et à proximité d'une même arête longitudinale de la chambre 1, soient alimentées par un collecteur ou rampe commun (30 à 33), lui-même relié à une source complémentaire S de comburant sous pression (ou à la source P). Suivant l'exemple illustré, toutes les buses d'injection situées à proximité d'une même arête parallèle à L de la chambre 1 sont reliées à une rampe commune 30, 31, 32 ou 33. Ainsi, les buses 301 et 309 sont reliées à une rampe 30 sensiblement parallèle à L, et les buses 321 à 329 sont alimentées par une rampe 32, elles aussi parallèles à L.

Pour ajuster la quantité de comburant injecté entre deux plans, il peut être avantageux de prévoir une ou plusieurs vannes de régulation du débit de comburant, entre au moins une buse et la source S. Sur la figure 1, on a prévu une vanne papillon ou analogues 43 entre la source S et les rampes 30 à 33, ainsi que des vannes papillon 430 et 432 directement sur les conduits reliant respectivement les buses 309 et 329 aux collecteurs 30 et 32. On peut aussi imaginer que les collecteurs aient une forme effilée suivant le sens de circulation du comburant dans ceux-ci, etZou qu'une ou plusieurs vannes de régulation soient installées dans ces collecteurs.

I1 va de soi que la distance, perpendiculairement à la direction L, de laquelle chaque buse d'injection décrite plus haut fait saillie à l'intérieur de la chambre 1 est déterminée de manière d'obtenir une injection de comburant la plus efficace possible, sans toutefois exposer au feu cette buse de façon inacceptable.

Dans le même ordre d'idée, c'est-à-dire pour éliminer le plus que possible l'altération au feu des éléments de la chambre 1 conforme à l'invention, il est envisageable que l'un au moins des brûleurs 2 de la chambre 1 comporte au niveau de I'ouvreau 21, un pavillon de sortie en matériau réfractaire et tel que ciment, béton, acier ou analogue, et/ou refroidi par circulation d'un fluide dans des canalisations internes appropriées. Ainsi, l'ouvreau 21 représenté sur la figure 3 comporte un pavillon de sortie 25 de forme conique s'évasant suivant le sens de la flèche A et la direction L. Un tel pavillon 25 permet lui aussi "d'accrocher" la flamme F dès la sortie de l'ouvreau 21. On peut également envisager que ce pavillon 25 soit de forme cylindrique ou polygonale, et qu'il soit constitué ou revêtu d'un matériau à base de céramique ou analogue.

En outre, si au moins l'un des combustibles brûlés dans la chambre 1 est un combustible solide tel que charbon par exemple ou déchets pulvérisés, il est avantageux de prévoir que la direction d'alimentation précitée L soit à peu près horizontale. Dans ce cas, la paroi désignée en 13 sur les figures 1 et 2 constitue la sole ou fond de la chambre I, pourra être formée par une trémie dite "cendrier" ou une grille. Alors, cette trémie ou grille permet la récupération des résidus de combustion ou cendres générés dans la chambre 1, et éventuellement permet un apport complémentaire en comburant, à l'intérieur de la chambre 1. I1 est aussi possible que la sole 13 d'une chambre 1 pour combustibles solides, forme ce que l'on a l'habitude d'appeler un "lit fluidisé".

Maintenant, le fonctionnement général de la chambre 1 conforme à l'invention va être brièvement expliqué, en se reportant aux figures. Après avoir effectué un allumage de manière conventionnelle, un mélange prédéterminé d'un combustible et d'un comburant est propagé dans la chambre 1, par tous les brûleurs agencés sur la façade 1 1 et prévus pour ce mélange. L'injection primaire IP (figure 3) en comburant effectué par le ou les brûleurs 2 est calculée pour obtenir une combustion sensiblement stoechiométrique ou très légèrement excédante en comburant, notamment à proximité du premier plan d'injection P1, à savoir en fin de la zone PA suivant le sens d'avance A de la flamme F. Au niveau de ce plan Pi, une première injection complémentaire IC de comburant est effectuée à l'intérieur de la chambre 1.Comme expliqué plus haut, cette injection complémentaire IC donne à la flamme F la forme de tourbillons. On comprend bien que la flamme F a une forme en vrille à partir du plan P1 le plus proche de la façade 11 jusqu'à sa queue. Au fur et à mesure que le combustible se propage suivant A dans la chambre 1, un apport étagé de comburant est effectué au niveau de chaque plan d'injection complémentaire. Sur la figure 4, les lignes en pointillés représentent des plans d'injection complémentaires P1 à
P5, tandis que suivant l'exemple de la figure 1, neuf séries de quatre injecteurs à peu près convergeants et reliés aux rampes 30 à 33, forment neuf plans d'injection à l'intérieur de la chambre 1.Autrement dit, la chambre illustrée sur la figure 1 comporte dix zones, dont celle qui est située en aval du plan P1 suivant le sens de A et qui correspond à la zone PA de la figure 4. Les neuf autres zones correspondent quand à elles aux cinq zones comprises entre le plan P1 et la paroi 12. Sur le diagramme de la figure 4, ces zones sont regroupées au sein d'un même secteur PT, où la propagation s'effectue de manière turbulente.

Evidemment, en aval suivant A du dernier plan d'injection d'une chambre de combustion, la totalité du comburant propagé par le ou les ouvreaux 2 devra être brûlée.

A cet endroit, deux buses de "cassage" 50 et 52, similaires aux buses complémentaires, et disposées en vis-à-vis suivant une direction perpendiculaire à L et sécante à l'axe de rotation de la flamme F peuvent être prévues pour stopper ou freiner la mise en rotation des flux dans la chambre 1. On remarquera ici qu'avantageusement, ces buses de cassage 50 et 52 ne sont pas reliées à la source S par l'intermédiaire *une vanne de régulation, mais directement
On comprend que grâce aux deux secteurs PA et PT et à la structure particulière à l'invention qui vient d'être décrite, la chambre 1 permet d'obtenir des conditions optimales de combustion.Grâce à ces conditions, les quantités de corps polluants générées par la flamme F, et en particulier les oxydes d'azote, peuvent être minimisées. I1 va de soi que l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation illustrés, mais comprend tous les équivalents et les combinaisons des moyens techniques décrits, si ceux-ci sont effectuées suivant son esprit.

Ainsi, l'espacement entre les différents plans d'injection complémentaires suivant la direction longitudinale de la chambre peut varier d'une zone à l'autre. Similairement, les buses d'injection complémentaires peuvent être orientées avec un léger angle, par rapport à un plan perpendiculaire à la direction d'alimentation. On comprend que l'entretien de la chambre de combustion 1 conforme à l'invention est particulièrement aisé, puisque tous les dispositifs d'alimentation combustible sont situés au niveau de la façade avant 11, et que les buses d'injection complémentaires ne nécessitent pas une maintenance considérable.

Le type de chambre de combustion qui vient d'être décrit s'applique par exemple à une chaudière à circulation naturelle, telle qu'une chaudière à deux ballons, à une chaudière à circulation forcée, avec ou sans système de désulfuration ou dénitritation, ou encore des chaudières à post combustion, à échappement refroidi, et/ou comportant des dispositifs d'injection *urgée, d'ammoniac ou de chaux. Par ailleurs, ce type de chambre de combustion peut sans aucun problème s'adapter à un four, à un système d'incinération ou analogues.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Chambre de combustion (1) pour chaudière, four ou analogue, et du type comprenant une paroi (11) dite "façade avant" à travers laquelle est agencé au moins un brûleur (2) orienté suivant une direction d'injection (L) à peu près perpendiculaire à ladite façade (11), et apte à propager ou projeter à l'intérieur de la chambre (1) un mélange de comburant et de combustible à brûler quelconques, caractérisée en ce qu'au moins une buse d'injection complémentaire (301-309 ;; 321-329) de comburant est prévue dans la chambre (1) à une distance prédéterminée du brûleur (2) suivant la direction d'injection (L) du combustible et orientée suivant un plan (P1-P5) approximativement perpendiculaire à cette direction, chaque plan d'injection complémentaire (P1- P5) délimitant deux zones de combustion à l'intérieur de chacune desquelles la quantité de comburant fourni est sensiblement égale à la quantité nécessaire à une combustion stoechiométrique du combustible dans cette zone, et en ce que, le brûleur (2) propageant le mélange de manière à peu près rectiligne dans la zone où il débouche, le comburant complémentaire injecté (IC) dans chaque zone en aval d"un plan d'injection (P1-P5) suivant le sens de propagation (A) du combustible, provoque sur ce dernier une mise en rotation turbulente en vrilles et d'axe parallèle à la direction d'injection (L).

2. Chambre selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente une forme prismatique, et comporte pour chaque zone en aval d'un plan d'injection (P1-P5) au moins deux (301-309 ; 321-329) buses dont chacune forme un jet de comburant sécant au jet provenant *une autre buse de la même zone.

3. Chambre selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins une buse est disposée à proximité d'une arête longitudinale de la chambre (1), sensiblement parallèle à la direction d'injection (L) précitée.

4. Chambre selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la chambre ayant une section en forme de parallélogramme, le rapport (H/D) entre un côté (D) et l'autre côté (H) de ce parallélogramme est compris entre 1 et 1,25.

5. Chambre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'au moins deux buses d'injection en comburant (301-309 ; 321-329) sont alimentées par un collecteur commun (30, 31, 32, 33), lui-meme relié à une source (S) de comburant sous pression.

6. Chambre selon la revendication 5, caractérisée en ce que le collecteur précité (30, 31, 32, 33) comprend au moins une vanne apte à réguler le débit en comburant de chaque buse disposée en aval de cette vanne.

7. Chambre selon l'un des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'une au moins les buses d'injection est alimentée en comburant par l'intermédiaire d'une vanne de régulation (43).

8. Chambre selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que les buses d'injection (301-309 ; 321-329) d'au moins une zone, sont orientées suivant une direction sensiblement tangente à la périphérie de la flamme (F) dans cette zone, et suivant le sens de la vrille formée par cette flamme.

9. Chambre selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'au moins un brûleur (2) comporte, au niveau de sa sortie, au moins un élément en saillie (24) dans un flux de comburant de ce brûleur (2), et faisant office d'accrocheurs de flamme.

10. Chambre selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'un ou plusieurs brûleurs comportent au moins deux injecteurs (2) qui permettent respectivement de propager dans la chambre un combustible différent de celui de l'autre injecteur.

11. Chambre selon l'une des revendications 1 à 10, à l'intérieur de laquelle au moins l'un des combustibles pouvant être brûlés est un combustible solide, caractérisée en ce que la direction d'injection (L) précitée est à peu près horizontale et qu'une paroi de la chambre (1) sensiblement parallèle à cette direction (F) et qui constitue le fond ou sole (13) de cette chambre, soit en forme trémie de récupération dite "cendrier", de grille ou de lit fluidisé.

12. Chambre selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'au moins deux buses (50, 52) sont disposées en vis-à-vis suivant une direction perpendiculaire à la direction d'injection (L) et sécante à l'axe de rotation de la flamme (F), pour freiner ou stopper la rotation de celle-ci dans la zone d'injection située en aval du plan des buses complémentaires les plus éloignées de la façade avant (11), suivant le sens de propagation (A) du combustible.