La présente invention concerne une installation de combustion.

L’invention s’intéresse en particulier aux installations de combustion intégrées à une chaudière qui transfère à un fluide caloporteur, généralement de l’eau, la chaleur dégagée par une combustion.

Quel que soit le domaine d’application de l’invention, les installations de combustion concernées utilisent, comme combustibles, des déchets ménagers ou industriels, des déchets dangereux, de la biomasse ou des matières solides similaires, ce qui, de manière plus générale, correspond à des combustibles solides, en particulier inhomogènes dans le temps et dans l’espace. Ainsi, les combustibles solides considérés ici forment typiquement un flux de matière, dont la composition exacte est, à la fois, inhomogène à un instant donné et susceptible de varier dans le temps.

Dans de telles installations de combustion, les combustibles solides sont introduits dans une chambre de combustion pour y subir une combustion, dite combustion primaire, en présence d’air dit air primaire, cette combustion primaire conduisant à ce que, d’une part, la partie non volatile des combustibles solides soit brûlée entièrement, excepté des imbrulés particulaires, et, d’autre part, la partie volatile des combustibles solides, dégagée lors du chauffage de ces derniers et de la combustion de leur partie non volatile, soit partiellement brûlée. Cette combustion primaire peut notamment être opérée sur une grille, qui délimite vers le bas la chambre de combustion et sur laquelle les combustibles solides sont chargés pour y subir la combustion primaire, tandis que l’air primaire est admis sous la grille avant de traverser cette dernière pour entrer dans la chambre de combustion et ainsi atteindre les combustibles solides. Pour que la partie volatile des combustibles solides soit entièrement brûlée et ainsi opérer une combustion dite secondaire, il est souvent prévu que de l’air dit air secondaire, constitué d’air et/ou de fumées recirculées, soit admis dans la chambre de combustion, en étant injecté au-dessus de la grille en un ou plusieurs niveaux.

Dans tous les cas, toutes les réactions chimiques et physiques, qui vont conditionner la composition des gaz de combustion et des particules fluidisées par ces gaz dans la chambre de combustion puis en aval de celle-ci, notamment dans des échangeurs thermiques de la chaudière, sont initiées par la combustion primaire. Il est donc souhaitable de maîtriser autant que possible les conditions dans lesquelles la combustion primaire est opérée. En particulier, les conditions de l’admission de l’air primaire sont critiques, dans le sens où elles influent notamment sur la température de la combustion primaire et sur les pressions partielles des composés volatiles dans les gaz de combustion, ce qui affecte les réactions physiques et chimiques de la combustion primaire, ainsi que l’entraînement des particules dans les gaz de combustion.

Dans les installations de combustion qui ont une taille assez importante, il est connu de répartir l’air primaire à admettre dans la chambre de combustion par plusieurs caissons distincts, qui sont agencés et répartis sous la grille. Chacun de ces caissons est équipé, sur son arrivée d’air, d’un organe de réglage de débit pour commander le débit d’air primaire traversant le caisson. Les organes de réglage permettent ainsi de répartir le débit total d’air primaire entre les sorties respectives des caissons. En pratique, l’ajustement des organes de réglage n’est souvent effectué qu’occasionnellement par un opérateur, par exemple en fonction du pouvoir calorifique moyen des combustibles solides, déterminé sur une longue période de temps, ou en fonction d’une variation connue de la composition des combustibles solides. Dans des installations plus sophistiquées, la répartition de l’air primaire par les caissons peut être ajustée en fonction du rayonnement infrarouge émis par la couche que forment les combustibles solides dans la chambre de combustion. Ce rayonnement infrarouge est mesuré par une caméra infrarouge, installée au plafond de la chambre de combustion. Cependant, outre le caractère onéreux d’une telle caméra infrarouge et du traitement d’images associé, cette caméra infrarouge ne renseigne pas sur la température effective de la combustion primaire des combustibles solides, mais délivre uniquement une indication partielle sur la température en surface de l’ensemble de la couche des combustibles solides, cette indication partielle étant de surcroît perturbée par les particules et les poussières, présentes verticalement entre la couche de combustibles solides et la caméra infrarouge.

L’utilisation d’un tel groupe de caissons sous la grille présente un réel intérêt, comparativement à la situation où tout le débit de l’air primaire est amené sous la grille dans un unique volume dans lequel l’air se répartit naturellement avant de traverser la grille. En effet, par définition, une telle répartition naturelle ne permet pas de maîtriser dans l’espace l’application de l’air primaire sous la grille, mais, au contraire, est totalement tributaire de la perte de charge générée par la grille et par la couche que forment les combustibles solides sur cette grille. Or, la perte de charge due à cette couche est généralement inhomogène, du fait du système de dépôt des combustibles solides sur la grille, ainsi que de la disparité relative à la cinétique de combustion des combustibles solides et des hétérogénéités des combustibles solides, tant en taille de leurs fragments solides qu’en composition et en humidité, en particulier pour des combustibles solides de type déchets ou biomasse. Cette inhomogénéité de la perte de charge au niveau de la grille a comme conséquence de favoriser le passage d’air primaire dans les zones de la couche les moins denses, autrement dit les zones ayant moins de combustibles solides et nécessitant donc en théorie moins d’air primaire, et ce au détriment des zones de la couche les plus denses, autrement dit les zones ayant plus de combustibles solides et nécessitant dont en théorie plus d’air primaire. Dans les zones de la couche les plus denses, la combustion primaire risque d’être incomplète. Dans le même temps, dans les zones les moins denses, la combustion primaire risque d’être poussée à l’excès si bien que les cendres en résultant risquent d’être en quantité moindre, voire de s’envoler sous l’effet de la vitesse de l’air traversant la grille à l’aplomb de ces zones-là. De telles envolées intempestives de cendres peuvent affecter les équipements en aval de la chambre de combustion et peuvent aussi conduire à la destruction de la grille car cette dernière se retrouve alors privée de la protection conférée par l’épaisseur des cendres contre les rayonnements directs de la combustion primaire.

Ceci étant, malgré ces différents inconvénients, une telle répartition naturelle de l’air primaire sous grille reste souvent mise en oeuvre pour des raisons pratiques, liées aux coûts intrinsèques du groupe de caissons décrit plus haut et, surtout, à la place que ces caissons prennent sous la chambre de combustion et qui induit généralement une surélévation de tout le reste de l’installation de combustion et de la chaudière correspondante.

GB 2 077 892 divulgue une installation de combustion pour des combustibles solides. Cette installation de combustion comporte trois grilles adjacentes, qui sont séparées deux à deux par des parois réfractaires. De l’air primaire alimente la chambre de combustion de l’installation, en étant admis sous chacune des trois grilles. A cet effet, sous chaque grille, sont prévus trois canaux indépendants qui sont délimités par des cloisons étanches. L’air primaire est, au niveau d’une entrée amont, réparti en trois flux d’air distincts qui, sous la grille correspondante, s’écoulent jusqu’à cette grille de manière indépendante les uns des autres du fait de la séparation opérée par les cloisons étanches.

Le but de la présente invention est de proposer une installation de combustion qui, sans recourir à un groupe de caissons sous la grille, améliore les conditions de l’admission de l’air primaire. A cet effet, l’invention a pour objet une installation de combustion, telle que définie à la revendication 1 .

L’idée à la base de l’invention est de garder sous la grille un unique volume de distribution de l’air primaire, mais d’intégrer dans ce volume des spécificités aérauliques à même de forcer la répartition de l’air primaire sous la grille, sans affecter significativement la taille, en particulier la dimension verticale, de ce volume. L’invention prévoit ainsi de subdiviser l’arrivée d’air d’un unique caisson, pour y former des veines d’air primaire dont le débit est réglable individuellement. L’invention permet aussi d’agir sur l’aéraulique de ces veines d’air primaire, grâce à des aménagements internes dédiés de l’unique caisson, afin d’envoyer ces veines d’air primaire vers des régions respectives de la grille. Ces aménagements sont avantageusement prévus pour y éviter l’accumulation de cendres sous la grille. L’installation de combustion conforme à l’invention permet ainsi de maîtriser la répartition spatiale et quantitative de l’admission en air primaire, et ce grâce à des arrangements compacts et économiques.

En pratique, comme expliqué plus en détail par la suite, l’actionnement des organes de réglage de débit peut être manuel ou commandé automatiquement. Dans ce dernier cas, la commande correspondante peut avantageusement être prévue à partir de mesures de la température de la combustion primaire, réalisées par des pyromètres, comme détaillé plus loin.

Des caractéristiques additionnelles avantageuses de l’installation de combustion conforme à l’invention sont spécifiées aux autres revendications.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :

[Fig. 1] la figure 1 est un schéma d’une installation de combustion conforme à l’invention ;

[Fig. 2] la figure 2 est une vue à plus grande échelle d’un encadré II de la figure 1 , illustrant une variante de la partie correspondante de l’installation de combustion ; et

[Fig. 3] la figure 3 est une coupe schématique partielle selon la ligne lll-lll de la figure 1.

Sur la figure 1 est représentée une installation de combustion 101 adaptée pour brûler des combustibles solides C.

Les combustibles solides C sont notamment des déchets ménagers ou industriels, des déchets dangereux, de la biomasse, ou des matières solides similaires, c’est-à-dire, plus généralement, des solides présentant une hétérogénéité en taille, en composition et/ou en humidité, comme évoqué dans la partie introductive du présent document.

L’installation de combustion 101 appartient typiquement à une chaudière qui permet de produire de la vapeur d’eau en utilisant la chaleur des fumées issues de l’installation de combustion.

L’installation de combustion 101 comprend une chambre de combustion 110 adaptée pour que les combustibles solides C y soient introduits et y brûlent selon une combustion primaire en présence d’air, dit air primaire P. La chambre de combustion 110 est délimitée latéralement par :

- une paroi arrière 111 , au travers de laquelle les combustibles solides C sont chargés à l’intérieur de la chambre de combustion par, par exemple, une goulotte externe 120,

- par une paroi avant 112, au travers de laquelle les combustibles solides C, une fois brûlés, sortent de la chambre de combustion via une évacuation 121 , et

- par deux parois latérales 113, qui sont horizontalement distantes l’une de l’autre et qui relient chacune les parois arrière 111 et avant 112, une seule de ces deux parois latérales 113 étant visible sur la figure 1 .

La chambre de combustion 110 est conçue pour, une fois que les combustibles solides C y sont chargés, faire séjourner ces combustibles solides C un temps nécessaire, typiquement de plusieurs minutes, pour opérer la combustion primaire. Lors de leur combustion primaire, les combustibles solides C génèrent des gaz qui, à proximité immédiate des combustibles solides C, sont référencés G sur la figure 1 . La chambre de combustion 110 est conçue pour canaliser ces gaz, jusqu’à leur sortie de la chambre de combustion 110 d’où s’échappent des fumées F circulant dans des équipements de la chaudière, tels que des échangeurs de chaleur.

Dans l’exemple de réalisation considéré sur la figure 1 , la chambre de combustion 110 est prévue pour y admettre un air secondaire S, constitué d’air et/ou de fumées recirculées. Comme indiqué sur la figure 1 , l’admission de l’air secondaire S dans la chambre de combustion 110 est située verticalement à distance des combustibles solides C présents dans la chambre de combustion, de sorte que les gaz G précités sont uniquement générés par la combustion primaire des combustibles solides C, sans inclure d’air secondaire S, tandis que le mélange entre ces gaz G et l’air secondaire S est référencé GS sur la figure 1 et forme les fumées F à la sortie de la chambre de combustion 110. En pratique, l’air secondaire peut être ainsi introduit en plusieurs niveaux verticaux, comme indiqué sur le figure 1 . La combustion primaire conduit à ce que, d’une part, la partie non volatile des combustibles solides C soit entièrement brûlée, excepté des imbrûlés particulaires fluidisés dans les gaz G, et, d’autre part, la partie volatile des combustibles solides, dégagée lors du chauffage de ces derniers et lors de la combustion de leur partie non volatile, soit partiellement brûlée, en formant les gaz G. L’air secondaire S alimente une combustion secondaire, à savoir la combustion des gaz G pour former les gaz GS, en brûlant ainsi entièrement la partie volatile des combustibles solides C.

Dans la forme de réalisation considérée ici, la chambre de combustion 110 comporte une grille 114 qui délimite le bas de la chambre de combustion. Cette grille 114 est conçue pour supporter les combustibles solides C à l’intérieur de la chambre de combustion 110 de manière que, comme illustré sur la figure 1 , ces combustibles solides forment un lit qui repose sur la grille 114, en s’étendant de la paroi arrière 111 à la paroi avant 112. Au niveau de la paroi arrière 111 , le lit est alimenté en combustibles solides à brûler, par exemple par la goulotte externe 120, tandis que, au niveau de la paroi avant 112, le lit est évacué, notamment en tombant dans l’évacuation 121. Entre les parois arrière 111 et avant 112, le lit des combustibles solides C est mobile suivant une direction d’avancement Z dans la chambre de combustion 110. Ainsi, la direction d’avancement Z s’étend de la paroi arrière 111 à la paroi avant 112, tout en étant parallèle à la grille 114. En pratique, la grille 114 peut aussi bien être inclinée par rapport à un plan horizontal, comme sur la figure 1 , que s’étendre dans un plan horizontal. Dans tous les cas, la grille 114 présente deux bords latéraux, qui sont opposés l’un à l’autre suivant une direction horizontale perpendiculaire à la direction d’avancement Z et qui s’étendent respectivement le long des deux parois latérales 113 de la chambre de combustion 110. Les arrangements de la chambre de combustion 110, qui assurent l’entraînement du lit des combustibles solides C suivant la direction d’avancement Z, ne sont pas limitatifs de l’invention : de manière connue en soi, la grille 114 peut être prévue inclinée pour permettre l’entraînement gravitaire du lit et/ou être prévue mobile pour agir sur l’entraînement du lit, en étant alors animée d’un mouvement permettant un déplacement lent des combustibles solides de leur point d’arrivée sur la grille, où ils ne sont pas encore brûlés, à leur point d’évacuation de la grille, où ils sont complètement brûlés. Dans le cas où la grille est mobile, divers systèmes d’entraînement sont connus, de manière que, par exemple, la grille tourne à la façon d’un tapis roulant, ou bien des barreaux de la grille se déplacent en alternance, etc.

En pratique, la forme de réalisation de la grille 114 peut aussi être liée au dispositif d’introduction des combustibles solides C dans la chambre de combustion. En effet, plutôt que d’alimenter la chambre de combustion 110 en combustibles solides au travers de la paroi arrière 111 au moyen de la goulotte externe 120 comme sur la figure 1 , les combustibles solides C peuvent être introduits au travers d’une autre paroi de la chambre de combustion, notamment au travers de la paroi avant 112, le dispositif d’introduction étant alors un injecteur externe, mécanique et/ou pneumatique, qui est à même de projeter les combustibles solides dans la chambre de combustion, depuis la paroi avant jusqu’à la région de la grille 114, attenante à la paroi arrière 111.

Quelle que soit la forme de réalisation de la grille 114, l’air primaire P est admis sous la grille et cette grille 114 est conçue pour se laisser traverser de bas en haut par l’air primaire P pour permettre à ce dernier d’entrer dans la chambre de combustion 110 et ainsi atteindre le lit des combustibles solides C.

L’installation de combustion 101 comporte également un dispositif d’admission 130 permettant d’alimenter la chambre de combustion 110 avec l’air primaire P. Dans l’exemple de réalisation considéré ici, le dispositif d’admission 130 est, au moins pour son débouché aval, agencé au-dessous de la grille 114.

Comme montré sur la figure 1 , le dispositif d’admission 130 comporte un unique caisson 131 ayant une arrivée d’air 132 prévue pour être alimentée avec l’air primaire P. L’arrivée d’air 132 débouche dans un carter 133 du caisson 131 , agencé au- dessous de la grille 114.

Comme représenté schématiquement sur la figure 1 , l’arrivée d’air 132 est répartie en plusieurs subdivisions, qui, dans l’exemple considéré ici, sont au nombre de trois et qui sont respectivement référencées 132.1 , 132.2 et 132.3. Chacune des subdivisions 132.1 à 132.3 relie une conduite d’alimentation 135, qui transporte l’air primaire P et qui est commune aux différentes subdivisions, au carter 133, en débouchant dans le volume interne de ce carter 133. Ainsi, les subdivisions 132.1 à 132.3 débouchent toutes dans un unique et même volume de distribution de l’air primaire, qui est agencé sous la grille 114 et qui est formé par le volume interne du carter 133. Les subdivisions 132.1 à 132.3 transportent respectivement des veines d’air primaire V1 , V2 et V3, qui sont distinctes les unes des autres. Chacune de ces veines d’air V1 à V3 s’écoule ainsi, dans la subdivision correspondante 132.1 à 132.3, depuis la conduite d’alimentation 135 jusqu’au volume interne du carter 133.

Chacune des subdivisions 132.1 à 132.3 est pourvue d’un organe de réglage de débit 134.1 à 134.3 permettant de commander le débit de la veine d’air primaire correspondante V1 à V3. La forme de réalisation des organes de réglage du débit 134.1 à 134.3 n’est pas limitative de l’invention. Dans l’exemple considéré sur la figure 1 , chacun des organes de réglage du débit 134.1 à 134.3 comporte un registre 136, qui est agencé à l’intérieur de la subdivision correspondante 132.1 à 132.3 et qui est prévu pour pivoter sur lui-même afin de régler le débit de la veine d’air primaire correspondante V1 à V3. Ce registre 136 est par exemple un registre papillon.

Une forme de réalisation alternative pour les organes de réglage de débit 134.1 à 134.3 est illustrée à la figure 2. Plus précisément, la figure 2 montre une forme de réalisation alternative pour l’organe de réglage de débit 134.1 , étant entendu que cette forme de réalisation alternative peut être appliquée aux autres organes de réglage de débit 134.2 et 134.3. Dans la forme de réalisation illustrée à la figure 2, l’organe de réglage de débit 134.1 comporte deux volets 138A et 138B, qui sont agencés de manière symétrique à l’intérieur de la subdivision 132.1 , en étant chacun articulé par rapport à cette subdivision. Moyennant leur déplacement articulé par rapport à la subdivision 132.1 , les volets 138A et 138B s’écartent ou se rapprochent l’un de l’autre, de manière symétrique l’un vis-à-vis de l’autre, en modifiant ainsi la taille de la section d’écoulement de la subdivision 132.1 , tout en gardant cette section d’écoulement centrée sur l’axe central de la subdivision 132.1 , comme indiqué schématiquement sur la figure 2. La symétrie de l’agencement et des déplacements des volets 138A et 138 permet de commander le débit de la veine d’air primaire V1 avec une faible perte de charge, en particulier sans modifier de manière importante la vitesse d’écoulement de la veine d’air V1 dans la subdivision 132.1. En pratique, la perte de charge est d’autant plus limitée que les volets 138A et 138B sont faiblement inclinés, typiquement à moins de 45°, par rapport à l’axe d’écoulement de la veine d’air V1 dans la subdivision 132.1 . Ainsi, lors de variations du débit d’air primaire qui sont opérées par exemple lors de variations de charge de l’installation de combustion 101 , le maintien de la vitesse des veines d’air V1 , V2 et V3 dans le caisson 130 permet une plus faible variation de la pénétration des veines d’air dans le caisson, cette pénétration étant proportionnelle à la quantité de mouvement, c’est-à-dire au produit entre le débit et la vitesse, et par conséquent permet de conserver plus facilement la répartition des flux d’air P1 , P2 et P3, définis un peu plus loin, entre les différentes zones Z1 , Z2 et Z3, également définies un peu plus loin. Afin de commander en déplacement les volets 138A et 138B, l’organe de réglage de débit 134.1 comporte un actionneur 139, tel qu’un vérin, qui est relié aux volets 138A et 138B de manière appropriée, par exemple par des biellettes, comme illustré schématiquement sur la figure 2. Suivant une disposition optionnelle, illustrée par la figure 1 , l’arrivée d’air 132 s’étend sensiblement à l’horizontale, en faisant s’écouler sensiblement à l’horizontale les veines d’air primaire V1 à V3 dans les subdivisions 132.1 à 132.3, jusqu’à déboucher ainsi dans le volume interne du carter 133 en traversant latéralement ce carter. Autrement dit, le carter 133 n’est agencé dans le prolongement vertical vers le haut de l’arrivée d’air du caisson. De plus, pour des raisons aérauliques qui apparaîtront plus loin, les subdivisions 132.1 à 132.3 de l’arrivée d’air 132 sont alors avantageusement agencées les unes au-dessus des autres : sur la figure 1 , la subdivision 132.1 est agencée au-dessus de la subdivision 132.2 qui est elle-même agencée au-dessus de la subdivision 132.3.

Quelles que soient les spécifications de réalisation des subdivisions 132.1 à 132.3 de l’arrivée d’air 132, le carter 133 est aménagé intérieurement pour diriger les veines d’air primaire V1 à V3, sortant de l’arrivée d’air 132, vers des régions respectives 114.1 , 114.2 et 114.3 de la grille 114, qui se succèdent suivant la direction d’avancement Z. En d’autres termes, le volume interne du carter 133 est pourvu d’aménagements qui permettent d’agir sur l’écoulement des veines d’air primaire V1 à V3, une fois sorties des subdivisions 132.1 à 132.3, de manière que ces veines d’air primaire forment, à la sortie du caisson 131 , des flux d’air primaire respectifs P1 , P2 et P3, qui sont envoyés, au-dessous de la grille 114, respectivement vers les régions 114.1 à 114.3 de cette grille. On comprend que les veines d’air V1 à V3 sortant respectivement des subdivisions 132.1 à 132.3 pénètrent ainsi toutes dans un même volume unique formé par le volume interne du carter 133, où les aménagements aérauliques précités permettent l’écoulement interdépendant et le guidage des flux d’air primaire P1 , P2 et P3 jusqu’aux régions 114.1 à 114.3 de la grille 114.

On comprendra que les régions 114.1 à 114.3 de la grille 114 sont fixes dans la chambre de combustion 110, et ce quelle que soit la forme de réalisation de la grille 114 : ainsi, lorsque la grille 114 est fixe dans la chambre de combustion 110, chacune des régions 114.1 à 114.3 correspond à une partie de cette grille, qui est inchangée au cours du fonctionnement de l’installation de combustion 101 ; lorsque la grille 114 est mobile, chacune des régions 114.1 à 114.3 est, à chaque instant du fonctionnement de l’installation de combustion 1 , occupée par une partie de la grille 114, cette partie pouvant changer de région lors du mouvement de la grille 114. Sur la figure 1 , la région 114.1 est, parmi les régions 114.1 à 114.3, la plus proche de la paroi arrière 111 tandis que la région 114.3 est la plus proche de la paroi avant 112, cette région 114.3 succédant à la région 114.2 qui elle-même succède à la région 114.1 suivant la direction d’avancement Z. De plus, on note Z1 à Z3 des zones du lit de combustibles solides C, qui se succèdent suivant la direction d’avancement Z et qui sont respectivement situées à l’aplomb vertical des régions 114.1 à 114.3 de la grille 114. Autrement dit, la zone Z1 du lit de combustibles solides C repose sur la région 114.1 de la grille 114, la zone Z2 repose sur la région 114.2, et la zone Z3 repose sur la région 114.3 de la grille 114. De manière similaire aux régions 114.1 à 114.3 de la grille 114, les zones Z1 à Z3 du lit des combustibles solides C sont fixes dans la chambre de combustion 110. On comprend donc que, à un instant donné du fonctionnement de l’installation de combustion 101 , chacune des zones Z1 à Z3 du lit est constituée d’une partie des combustibles solides C et que, à un instant ultérieur du fonctionnement de l’installation de combustion, chacune des zones Z1 à Z3 du lit est occupée par une autre partie des combustibles solides C, au moins partiellement différente de la partie précitée de ces combustibles solides C, du fait du déplacement du lit dans la direction d’avancement Z. Ainsi, lors de leur combustion primaire, les combustibles solides C passent progressivement, dans la chambre de combustion 110, par la zone Z1 du lit formé par ces combustibles C sur la grille 114, puis par la zone Z2, et enfin par la zone Z3 du lit. En progressant ainsi par les zones Z1 à Z3, les combustibles solides C subissent les effets progressifs de la combustion primaire, à savoir d’abord leur séchage, puis une gazéification pour leur partie volatile et une combustion pour leur partie non volatile, et enfin un refroidissement et une finition de combustion pour leur partie non volatile.

Dans la forme de réalisation montrée à la figure 1 , les aménagements internes précités du caisson 101 comportent des déflecteurs plans 137.1 et 137.2. Chaque déflecteur 137.1 , 137.2 forme avec la verticale un angle compris entre 0 et 20°, ce qui revient à dire que chacun des déflecteurs 137.1 et 137.2 s’étend soit rigoureusement à la verticale, soit de manière légèrement inclinée par rapport à la verticale. Les déflecteurs 137.1 et 137.2 sont agencés à l’intérieur du carter 133 de manière fixe ou de manière légèrement mobile par réglage manuel. Dans tous les cas, cet agencement des déflecteurs 137.1 et 137.2 présente des avantages aéraulique et pratique : d’une part, les déflecteurs 137.1 et 137.2 peuvent ainsi modifier la direction des écoulements d’air à l’intérieur du carter 133, en passant de la direction d’écoulement sensiblement horizontale pour les veines d’air primaire V1 à V3 à la direction d’écoulement sensiblement verticale pour les flux d’air primaire P1 à P3 ; d’autre part, les déflecteurs 137.1 et 137.2 évitent l’accumulation de cendres qui leur tombent dessus depuis la grille 114. Par ailleurs, pour agir sélectivement sur les différentes veines d’air primaire V1 à V3, les déflecteurs 137.1 et 137.2 sont agencés de manière étagée : plus précisément, les extrémités inférieures respectives des déflecteurs 137.1 et 137.2 sont étagées l’une par rapport à l’autre. Dans l’exemple considéré sur la figure 1 , l’extrémité inférieure du déflecteur 137.1 est située, verticalement, sensiblement au même niveau que la séparation entre les subdivisions 132.1 et 132.2 et, horizontalement, dans la moitié du volume interne du carter 133, tournée vers l’arrivée d’air 132 ; quant à l’extrémité inférieure du déflecteur 137.2, elle est située, verticalement, sensiblement au niveau de la séparation entre les subdivisions 132.2 et 132.3 et, horizontalement, dans la moitié du volume interne du carter 133, opposée à l’arrivée d’air 132. Bien entendu, les spécificités de l’étagement des extrémités inférieures des déflecteurs 137.1 et 137.2 peuvent s’écarter de ce qui vient d’être décrit en lien avec l’exemple de la figure 1 . En pratique, cet étagement peut être optimisé par des calculs préalables de mécanique des fluides numérique, en considérant l’installation de combustion 101 dans un régime de fonctionnement nominal. Dans tous les cas, l’étagement des extrémités inférieures respectives des déflecteurs 137.1 et 137.2 est prévu pour que les déflecteurs 137.1 et 137.2 interagissent sélectivement sur les veines d’air primaire V1 à V3 pour orienter respectivement ces dernières vers les régions correspondantes 114.1 à 114.3 de la grille 114 : dans l’exemple de la figure 1 , la veine d’air primaire V1 est déviée par le déflecteur 137.1 , la veine d’air primaire V2 échappe au déflecteur 137.1 mais est déviée par le déflecteur 137.2, et la veine d’air V3 échappe aux déflecteurs 137.1 et 137.2.

Quels que soient les aménagements internes du carter 133 permettant de former les flux d’air primaire P1 et P3 à partir des veines d’air primaire V1 à V3, ces flux d’air primaire P1 à P3 sont, comme indiqué plus haut, respectivement associés aux portions 114.1 à 114.3 de la grille 114 et, par-là, respectivement associés à des zones correspondantes Z1 à Z3 du lit que forment les combustibles solides C sur la grille 114.

Avantageusement, la zone Z1 du lit de combustibles solides dans l’installation de combustion 101 correspond à une zone de séchage pour les combustibles solides C, la zone Z2 correspond à une zone de gazéification pour la partie volatile des combustibles solides et de combustion pour la partie non volatile de ces combustibles solides, et la zone Z3 correspond à une zone de refroidissement et de finition de combustion pour la partie non volatile des combustibles solides.

Dans le prolongement des considérations qui précèdent, une disposition optionnelle avantageuse consiste à prévoir que les subdivisions 132.1 à 132.3 de l’arrivée d’air 132 n’ont pas la même section transversale, mais présentent des sections transversales dont les tailles respectives sont différentes les unes des autres : dans l’exemple illustré sur la figure 1 , la subdivision 132.2 est prévue avec une taille plus grande, de l’ordre du double, que celle de la section de chacune des subdivisions

132.1 et 132.3, car, en régime de fonctionnement nominal pour l’installation de combustion 101 , la quantité d’air primaire à transporter par la subdivision 132.2, dont la veine correspondante V2 est associée à la zone Z2, est prévue de l’ordre du double de celle à transporter par chacune des subdivisions 132.1 et 132.3, dont les veines correspondantes V1 et V3 sont respectivement associées aux zones Z1 et Z3.

Dans tous les cas, chacun des organes de réglage de débit 134.1 à 134.3 est conçu pour être commandé par une unité de commande 140 de l’installation de combustion 101 . L’unité de commande 140 comprend des composants électroniques et/ou électromécaniques, à même de générer des signaux de commande, qui sont transmis aux organes de réglage de débit 134.1 à 134.3 en vue d’actionner individuellement ces derniers pour commander les débits respectifs des flux d’air primaire P1 à P3. Là encore, les spécificités matérielles de l’unité de commande 140, ainsi que celles de la liaison entre cette dernière et les organes de réglage de débit

134.1 à 134.3 ne sont pas limitatives de l’invention.

Comme représenté sur la figure 1 , l’installation de combustion 101 comporte en outre des pyromètres optiques, trois d’entre eux étant visibles sur la figure 1 . T ous les pyromètres sont agencés latéralement à la chambre de combustion 110, en étant chacun prévus sur au moins l’une de la paroi arrière 111 , de la paroi avant 112 et des parois latérales 113. Les pyromètres permettent d’effectuer des mesures de température depuis la paroi de la chambre de combustion 110, sur laquelle ils sont prévus. Dans l’exemple de réalisation considéré sur les figures, tous ces pyromètres sont intégrés aux parois latérales 113 : plus précisément, la paroi latérale 113, visible sur la figure 1 , intègre ainsi trois pyromètres 150.1 à 150.3. Ces pyromètres 150.1 à 150.3 sont respectivement associés aux zones Z1 à Z3 du lit des combustibles solides C et, par-là, aux régions 114.1 à 114.3 de la grille 114, de manière que le pyromètre

150.1 mesure une température de la combustion primaire des combustibles solides C dans la zone Z1 , le pyromètre 150.2 mesure une température de la combustion primaire des combustibles solides dans la zone Z2, et le pyromètre 150.3 mesure une température de la combustion primaire des combustibles solides dans la zone Z3. Les mesures de température sont réalisées par les pyromètres 150.1 à 150.3 au plus proche du lit de combustibles solides C, en pointant notamment les gaz G respectivement issus des zones Z1 à Z3 du lit et en mesurant ainsi le rayonnement des composés gazeux et des particules solides présents dans ces gaz G. L’agencement précis des pyromètres 150.1 à 150.3 sur la paroi latérale 113 n’est pas limitative de l’invention. En pratique, on comprend que l’axe de visée de chaque pyromètre 150.1 à 150.5 est parallèle ou sensiblement parallèle, c’est-à-dire parallèle à quelques degrés près, au plan de la grille 114. A titre préférentiel, notamment pour limiter le trajet optique entre les pyromètres et la combustion primaire, en particulier les gaz G, et pour avoir une intégration maximale du rayonnement thermique émis par la combustion primaire, les pyromètres 150.1 à 150.3 sont répartis sur la paroi latérale 113 suivant la direction d’avancement Z, en étant respectivement situés à l’aplomb vertical des zones Z1 à Z3 du lit des combustibles solides C, comme indiqué schématiquement sur la figure 1 . Par ailleurs, suivant la direction verticale, chacun des pyromètres 150.1 à 150.3, qui sont nécessairement au-dessus de la grille 114, est préférentiellement situé à une distance verticale de cette dernière, qui est comprise entre la moitié et les deux tiers de l’écartement entre la grille 114 et l’admission de l’air secondaire S : de cette façon, les pyromètres 150.1 à 150.3 sont situés dans la moitié supérieure de l’écartement vertical entre la grille 114 et l’admission d’air secondaire S, pour éviter que des flammes générées par la combustion primaire ne perturbent les mesures de rayonnement réalisées par les pyromètres, sans pour autant se retrouver dans le tiers supérieur de cet écartement, pour éviter que le « froid » introduit dans la chambre de combustion 110 par l’air secondaire S ne perturbe les mesures réalisées par les pyromètres.

De même, le type des pyromètres optiques 150.1 à 150.3 n’est pas limitatif de l’invention, dès lors que ces pyromètres fournissent des mesures de température basées sur l’intensité des longueurs d’onde émises par un corps rayonnant. Préférentiellement, les pyromètres 150.1 à 150.3 sont des pyromètres laser bichromatiques, c’est-à-dire que, aux fins de la mesure de la température de la combustion primaire, chaque pyromètre émet, dans la chambre de combustion 110, au moins un faisceau laser présentant deux longueurs d’onde différentes : les pyromètres sont ainsi moins sensibles aux émissions de poussières. A titre d’exemple, la réponse spectrale de ces pyromètres est de l’ordre de 1 pm.

De plus, les spécificités relatives à la focalisation des pyromètres 150.1 à 150.3 ne sont pas non plus limitatives de l’invention. Ceci étant, une forme de réalisation préférentielle est illustrée à la figure 3 pour le pyromètre 150.1 , étant entendu que cette forme de réalisation est applicable aux autres pyromètres 150.2 et 150.3. Ainsi, comme montré sur la figure 3, le pyromètre 150.1 est conçu, aux fins de la mesure de la température de la combustion primaire, pour émettre deux faisceaux laser dans la chambre de combustion 110, via une ouverture 113.1 de la paroi latérale 113. Chacun de ces deux faisceaux laser peut être bichromatique, comme évoqué plus haut. Dans tous les cas, ces deux faisceaux laser se croisent sensiblement dans le plan de la paroi latérale 113. Cet agencement économique permet de limiter le diamètre de l’ouverture 113.1 , tout en gardant un champ de vue divergent important pour le pyromètre.

Dans tous les cas, les mesures des pyromètres 150.1 à 150.3 sont transmises, par toutes formes de liaison appropriées, à l’unité de commande 140 afin d’être traitées automatiquement par cette dernière, notamment par un calculateur ou un composant similaire de cette dernière. Quelles que soient les spécificités du traitement qui est réalisé par l’unité de commande et dont des exemples seront donnés plus loin, l’unité de commande 140 est conçue pour commander les organes de réglage de débit 134.1 à 134.3, comme décrit plus haut, à partir des mesures de température respectivement fournies par les pyromètres 150.1 à 150.3.

Ci-après, on décrit plus avant des aspects relatifs à la régulation de l’installation de combustion 101.

Dans ce cadre, on considère que l’installation de combustion 101 est en fonctionnement normal, c’est-à-dire que sa chambre de combustion 110 est alimentée dans des conditions normales, à la fois, avec les combustibles solides C, l’air primaire P et l’air secondaire S, et que les combustions primaire et secondaire s’y déroulent, comme expliqué plus haut. Mis à part les aspects relatifs à la régulation de l’air primaire qui vont être présentés en détail ci-dessous, les autres aspects du fonctionnement de l’installation de combustion 101 sont bien connus dans la technique et ne seront donc pas présentés ici davantage.

Pendant que la chambre de combustion 110 fonctionne en conditions normales, les pyromètres 150.1 à 150.3 mesurent en continu la température de la combustion primaire des combustibles solides dans, respectivement, les zones Z1 à Z3 du lit. Les mesures de température réalisées par les pyromètres 150.1 à 150.3 sont envoyées en continu à l’unité de commande 140 afin d’être automatiquement traitées en temps réel par cette dernière. Suivant un mode de réalisation préférentiel pour le traitement opéré par l’unité de commande 140, cette dernière compare en temps réel les mesures de température fournies par chacun des pyromètres 150.1 à 150.3 à une consigne de température qui est propre au pyromètre considéré, autrement dit qui est propre à la zone associée à ce pyromètre parmi les zones Z1 à Z3 du lit des combustibles solides. Selon le résultat de cette comparaison propre à chacune des zones Z1 à Z3, l’unité de commande 140 transmet en temps réel à l’organe de réglage de débit correspondant, c’est-à-dire à celui des organes de réglage de débit 134.1 à 134.3 qui est associé à la zone concernée, une commande d’actionnement pour que l’organe de réglage de débit agisse sur le débit de la veine d’air primaire, parmi les veines d’air primaire V1 à V3, qui forme, à la sortie du caisson 131 , le flux d’air primaire P1 , P2 ou P3 correspondant à la zone associée au pyromètre concerné. Par exemple, si, pour la zone Z2, la température mesurée par le pyromètre 50.2 est inférieure de 5% à la consigne de température propre à la zone Z2 pendant plus de cinq à dix secondes consécutives, l’unité de commande 40 actionne l’organe de réglage de débit 34.2 pour augmenter le débit du flux d’air primaire P2 de 10%.

En pratique, les consignes de température respectivement propres aux zones Z1 à Z3 sont préalablement fournies à l’unité de commande 140. Ces consignes de température peuvent être préfixées pour l’installation de combustion 101 ou, de préférence, sont déterminées, notamment par calcul, à partir d’une température de référence à laquelle est appliquée une correction qui est liée à la zone concernée parmi les zones Z1 à Z3 et qui, le cas échéant, est aussi liée à des caractéristiques des combustibles solides S, éventuellement mesurées en continu, telles que leur pouvoir calorifique, leur humidité, etc. La température de référence précitée est, quant à elle, soit préfixée, soit déterminée, le cas échéant en continu, à partir de la teneur en oxygène dans les fumées F, cette teneur étant mesurée typiquement à la sortie de la chaudière, comme évoqué dans la partie introductive du présent document.

Bien entendu, d’autres traitements que celui qui vient d’être décrit, peuvent être mis en oeuvre par l’unité de commande 140, en particulier du moment que ces autres traitements confrontent les mesures des pyromètres 150.1 à 150.3 avec des consignes de température respectives, qui sont propres aux zones Z1 à Z3, afin de commander individuellement le débit des flux d’air primaire P1 à P3. Dans tous les cas, on comprend que l’unité de commande 140 et les organes de réglage de débit 134.1 à 134.3 forment conjointement des moyens de régulation qui permettent, à partir des mesures des pyromètres 150.1 à 150.3, de réguler les débits respectifs des flux d’air primaire P1 à P3 et, par-là, le débit total de l’air primaire P fourni par le dispositif d’admission 130 à la chambre de combustion 110. Le temps de réaction pour ces moyens de régulation est très faible, voire quasi instantané.

Par mesure de sécurité, en particulier pour éviter que le débit des flux d’air primaire P1 à P3 soit trop faible ou trop élevé, l’actionnement des organes de réglage de débit 134.1 à 134.3, commandé par l’unité de commande 140, peut être prévu dans une plage de variation substantielle, mais limitée. Les limites de cette plage de variation sont prédéterminées par l’expérience et/ou par d’autres paramètres opératoires de l’installation de combustion 101 , tels que le tonnage des combustibles solides C introduits dans la chambre de combustion 110, la pression de l’air primaire P dans la conduite d’alimentation 135, le débit de vapeur produite par le ou les échangeurs de la chaudière, etc. Egalement à titre de contrôle et de sécurité, la température de référence, mentionnée plus haut, peut être comparée à la moyenne instantanée des mesures de température fournies par les pyromètres 150.1 à 150.3, pondérées par la taille des zones Z1 à Z3 respectivement associée à ces pyromètres.

De plus, au-delà de ce qui a été décrit jusqu’ici pour l’installation de combustion 101 , divers aménagements et variantes à cette installation de combustion et à son procédé de régulation peuvent être envisagés :

- Pour une zone donnée du lit des combustibles solides C, parmi les zones Z1 à Z3, plus d’un pyromètre peut être prévu. En particulier, une paire de pyromètres peut ainsi être associée à au moins l’une des zones Z1 à Z3, voire à chacune des zones Z1 à Z3, les deux pyromètres de chaque paire étant prévus sur respectivement l’une et l’autre des deux parois latérales 113, typiquement en regard horizontal l’un de l’autre, ce qui permet de mesurer la température de la combustion primaire dans la zone concernée depuis chaque côté latéral de la grille 114. Les mesures provenant respectivement des différents pyromètres pour une zone du lit donnée sont alors moyennées pour les besoins du traitement par l’unité de commande 140.

- Le nombre, selon lequel le lit des combustibles solides C est réparti en zones et donc selon lequel la grille 114 est répartie en régions, peut différer de celui envisagé pour l’installation de combustion 101. Ceci étant, ce nombre est préférentiellement d’au moins trois afin d’inclure les trois principales zones correspondant aux effets physico-chimiques successifs de la combustion primaire, à savoir une zone de séchage pour les combustibles solides, une zone de gazéification pour une partie volatile des combustibles solides et de combustion pour une partie non volatile des combustibles solides, et une zone de refroidissement et de finition de combustion pour la partie non volatile des combustibles solides.

- Il peut être envisagé de supprimer l’admission de l’air secondaire S dans l’installation de combustion 101. Dans ce cas, chacun des pyromètres 150.1 à 150.3 est préférentiellement situé, au-dessus de la grille 114, à une distance verticale comprise entre 1 ,5 m et 5 m vis-à-vis de cette grille.

Les avantages liés aux pyromètres 150.1 à 150.3 et au traitement automatique de leur mesure par l’unité de commande 140, sont nombreux. En effet, comme les mesures de température opérées par les pyromètres sont instantanées et au plus proche de la combustion primaire, la régulation de l’installation de combustion 101 peut être conduite en temps réel, ou en tout cas avec des temps de réaction très courts, qui sont adaptés aux vitesses observées pour les phénomènes complexes liés à la combustion primaire. Le temps de réponse et la représentativité des mesures de température par les pyromètres permettent une grande précision du dosage de l’air primaire et une bonne maîtrise du ratio entre la quantité d’air consommée par la combustion primaire et la quantité de combustibles solides brûlée par la combustion primaire, et ce dans différentes zones du lit formé par les combustibles solides, notamment les trois principales zones mentionnées plus haut. Sans vouloir être liés par une théorie, les inventeurs ont établi que la température radiative, mesurée par les pyromètres, est un indicateur voisin de la température adiabatique de la combustion primaire, c’est-à-dire de la température théorique pour que la combustion primaire soit complète, dans le sens où, comme la température adiabatique, la température radiative de la combustion primaire est très sensible à, à la fois, la quantité d’air consommée par la combustion primaire et la quantité de combustibles brûlée lors de la combustion primaire. Cet ajustement « au plus près » de la quantité d’air primaire induit une diminution du débit global d’air primaire, ce qui est favorable à une diminution de la taille de l’installation de combustion, à son efficacité énergétique et à une diminution des émissions de polluants. L’ajustement « au plus près » de la quantité d’air primaire permet également de maîtriser les températures dans toute la partie basse de la chambre de combustion. Cela permet d’améliorer les performances des équipements en aval de la chambre de combustion, notamment la production de vapeur par les échangeurs de la chaudière. Cela permet aussi de limiter la formation, par fusion, d’oxydes à haute température, sources de dépôts qui affectent le rendement thermique et qui sont difficiles à enlever par les techniques de nettoyage usuelles. Cela permet également de réduire considérablement, voire d’annuler, le besoin en air secondaire et/ou de diminuer le nombre de niveau verticaux d’injection d’air secondaire. L’installation de combustion s’en trouve simplifiée, au moins en réduisant le volume entre la grille et l’admission d’air secondaire, ce qui est source d’économie importante. La maîtrise des températures en partie basse de la chambre de combustion évite également des pics locaux de température qui seraient excessifs et permet d’utiliser, pour des combustibles solides à pouvoir calorifique élevé, des systèmes traditionnels généralement limités à des combustibles solides à plus faible pouvoir calorifique, tels que des grilles non refroidies à l’eau ou des revêtements réfractaires standard, notamment non nitrurés. En variantes non représentées, l’installation de combustion 101 est dépourvue des pyromètres 150.1 à 150.3, de sorte que la régulation des organes de réglage de débit 134.1 à 134.3 est modifiée en conséquence, comme expliqué ci-après.

Selon une première possibilité, chaque organe de réglage de débit 134.1 à 134.3 est prévu pour être actionné manuellement. Dans ce cas, une unité de commande similaire à l’unité de commande 40 est inutile. En pratique, l’actionnement de chacun des organes de réglage de débit 134.1 à 134.3 n’est alors effectué qu’occasionnellement par un opérateur, par exemple en fonction du pouvoir calorifique moyen des combustibles solides C, déterminé sur une longue période de temps, ou en fonction d’une variation connue de la composition des combustibles solides.

Selon une autre possibilité, l’installation de combustion 101 comporte une unité de commande similaire à l’unité de commande 140, en étant à même d’actionneur individuellement les organes de réglage de débit 134.1 à 134.3. Dans ce cas, la commande opérée par cette unité de commande sur les organes de réglage de débit

134.1 à 134.3 peut soit résulter directement d’instructions dédiées de la part d’un opérateur agissant sur une interface de l’unité de commande, soit être déduite d’un traitement automatique qui est conduit par l’unité de commande à partir de données qui lui sont fournies. Dans ce dernier cas, les données peuvent être relatives aux combustibles solides C, en ayant par exemple trait à leur pouvoir calorifique, à leur type, à leur composition, etc. Les données fournies à l’unité de commande peuvent aussi être des mesures relatives à des conditions opératoires de la chambre de combustion 110, par exemple des images fournies par une caméra infrarouge observant l’intérieur de la chambre de combustion.

Quelles que soient les spécificités de réalisation et de régulation de l’installation de combustion 101 , cette dernière apporte, notamment comparativement aux installations de combustion existantes, des avantages économiques et de compacité. En effet, au lieu d’utiliser un groupe de plusieurs caissons distincts, l’installation de combustion 101 ne prévoit que le seul caisson 131 pour admettre l’air primaire P sous la grille 114, moyennant la subdivision de son arrivée d’air 132 et la présence d’aménagements aérauliques internes de son carter 133, tels que les déflecteurs

137.1 et 137.2, tout en maîtrisant la répartition spatiale et quantitative de l’air admis dans la chambre de combustion 110. De plus, en agençant l’arrivée d’air 132 à l’horizontale et en la raccordant latéralement au carter 133, le dispositif d’admission 130 est encore plus compact, en évitant une surélévation onéreuse de la chambre de combustion 110 par rapport à la conduite d’alimentation 135. D’autres avantages de l’invention ont été aussi évoqués précédemment ou sont déductibles de ce qui précède par l’homme du métier.