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Title:
TRIPLE-FLOW LIGNOCELLULOSIC-BIOMASS BURNER THAT GENERATES COMBUSTION GASES HAVING A CONTROLLED OXYGEN CONTENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/026990
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a lignocellulosic-biomass burner, which includes an outer body (1) forming a column internally arranged with a receiving portion (1a) filled with lignocellulosic biomass (3) forming a heating body (1a) and, around the latter and on a portion of the peripheral edge thereof, a chamber (4) for dispensing and circulating a fuel gas (G2), the height of the heating body being less than that of the column so as to define, at the top thereof, a passage (1b) for circulating said fuel gas (G2), the column of the burner being in communication, via the bottom portion thereof, with a heat chamber (6).

Inventors:
MATEOS DAVID (FR)
HERY JEAN-SEBASTIEN (FR)
Application Number:
PCT/FR2012/051936
Publication Date:
February 28, 2013
Filing Date:
August 24, 2012
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Assignee:
AREVA RENOUVELABLES (FR)
MATEOS DAVID (FR)
HERY JEAN-SEBASTIEN (FR)
International Classes:
F23B10/02; F23B50/04; F23B50/06; F23B90/06
Domestic Patent References:
WO2007124570A12007-11-08
Foreign References:
FR1370041A1964-08-21
EP0624756A11994-11-17
US2461068A1949-02-08
US20100018443A12010-01-28
BE545482A
FR1370041A1964-08-21
EP0624756A11994-11-17
Attorney, Agent or Firm:
VUILLERMOZ, Bruno et al. (FR)
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Claims:
R E V E N D I C A T I O N S

-1- Brûleur de biomasse lignocellulosique, caractérisé en ce qu'il comprend un corps extérieur (1) formant colonne agencée intérieurement avec d'une part une partie (la) réceptrice et remplie de biomasse lignocellulosique (3) formant corps de chauffe (la) et autour de celui-ci sur une partie de son pourtour périphérique avec une chambre (4) de distribution et de circulation d'un gaz combustible (G2), et en ce que la hauteur du corps de chauffe est inférieure à celle de la colonne, de façon à délimiter en partie haute un passage (lb) de circulation dudit gaz combustible (G2), et en ce que l'alimentation de la biomasse lignocellulosique (3) à l'intérieur du brûleur dans la partie réceptrice s'effectue par un moyen d'alimentation (5) en continu, et en ce que la colonne du brûleur débouche par sa partie basse vers une chambre thermique (6) et une tuyère du passage de flamme, et en ce que la chambre (4) de distribution et de circulation dudit gaz combustible (G2) entourant le corps de chauffe (la) débouche en partie basse du brûleur au niveau de la jonction du brûleur avec la chambre thermique et la tuyère de passage de flamme, et en ce que le brûleur comprend deux circuits (C1-C2) d'arrivée d'air primaire et secondaire, permettant de générer trois flux gazeux (G1-G2-G3), lesdits flux gazeux étant deux flux d'air (Gl) (G3) et un flux de gaz combustible, et circulant à l'intérieur du brûleur, et de produire ensemble une combustion secondaire pour l'émission d'un gaz sortant et permettant le traitement des produits organiques issus de la biomasse, et en ce que la structure du brûleur définit quatre zones spécifiques, une zone (ZI) de combustion primaire, une zone (Z2) de gazéification de la biomasse lignocellulosique, une zone (Z3) de filtration, lesdites zones (Z1-Z2-Z3) se situant successivement dans le corps de chauffe, et une zone (Z4) de combustion secondaire, et en ce que la zone (Z3) de filtration est définie par un lit de biomasse lignocellulosique permettant la filtration du gaz combustible (G2) issu de la gazéification de la biomasse lignocellulosique dans la zone (Z2) de gazéification, et en ce que lesdits flux d'air (Gl) (G3) et le flux de gaz combustible (G2) sont dirigés vers la zone (Z4) de combustion secondaire et de production de flamme.

-2- Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux circuits d'arrivée d'air d'une part d'air primaire, et d'autre part d'air secondaire, ledit premier circuit (Cl) d'air primaire comprenant un conduit (8) avec ventilateur (9) débouchant dans la partie basse du corps de chauffe au niveau de la partie zone de combustion primaire, et en ce que ledit conduit (8) est agencé dans le corps de chauffe pour le passage du flux gazeux d'air (Gl) et alimenter la zone de combustion primaire (ZI) présente en bas du corps de chauffe, et en ce que le second circuit (C2) d'air dit d'air secondaire débouche dans la partie basse du brûleur au niveau de la jonction avec l'arrivée des différents flux de gaz (G1-G2), le second circuit mettant en œuvre un ventilateur (1 1).

-3- Brûleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier circuit d'air (Cl) inclut une vanne (VI) de régulation contrôlée par la température mesurée par un thermocouple (T2) situé dans la chambre thermique, et en ce que le second circuit d'air (C2) inclut une vanne (V2) régulation contrôlée en fonction de la teneur en oxygène mesurée avec une sonde de mesure (O2) dans le flux sortant de la chambre thermique, et en ce qu'un autre thermocouple (Tl) disposé en amont dans la chambre thermique permet un autre contrôle de température.

-4- Brûleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit primaire (Cl) inclut un répartiteur de flux (10) permettant de scinder en deux le flux d'air (Gl) lors de l'étape de combustion primaire. -5 - Brûleur selon l'une quelconque des revendications 2 et 4, caractérisé en ce que le flux d'air (Gl) en sortie du conduit (8) est dirigé pour une première partie vers l'avant de la partie basse du brûleur pour alimenter la combustion de la biomasse lignocellulosique présente en bas du corps de chauffe, et par une seconde partie destinée à remonter vers le haut dans le corps de chauffe en fournissant l'énergie nécessaire à la gazéification de la biomasse en définissant un gaz combustible (G2).

-6- Brûleur selon les revendications 1 et 5, caractérisé en ce que la première zone (ZI) dite de combustion primaire est située à l'intérieur et en partie basse du corps de chauffe, et en ce qu'elle est en étroite liaison avec le circuit (Cl) et en ce qu'elle génère les flux (Gl) et (G2), et en ce que cette zone (ZI) a pour fonction de brûler une partie de la biomasse apportée par le flux (FS) correspondant à l'introduction de la biomasse à l'intérieur de la colonne et spécifiquement dans le corps de chauffe du brûleur.

-7- Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde zone (Z2), dite zone de gazéification, est située à l'intérieur du corps de chauffe, juste au dessus de la zone de combustion primaire, générant d'importants volumes de gaz riches en matières organiques qui enrichissent le flux (G2) lors de son passage dans cette zone du brûleur.

-8- Brûleur selon les revendications 1 et 7, caractérisé en ce que la zone (Z3) de filtration est située à l'intérieur du corps de chauffe au dessus de la zone (Z2), cette zone (Z3) permettant de filtrer les goudrons (matières organiques liquides) contenus dans le flux (G2), de les distiller et de les fragmenter avant de les réinjecter grâce au flux (G2) sur l'avant du brûleur pour être entièrement brûlés.

-9- Brûleur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la quatrième zone, dite de combustion secondaire, est située à l'avant et dans la partie basse du brûleur et correspond avec l'intégration du circuit secondaire (C2) au mélange des flux (Gl) en provenance du bas du corps de chauffe, du flux (G2) en provenance de la chambre (4) entourant le corps de chauffe et du flux (G3) d'air secondaire initié par le circuit (C2).

-10- Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux flux d'air (G1-G3) et un flux de gaz combustible (G2) sont acheminés selon des circuits spécifiques dans la zone de jonction de la chambre thermique et permettent ensemble un effet de combustion secondaire des substances organiques transportées par le flux (G2).

-1 1- Procédé de combustion de biomasse lignocellulosique dans un brûleur de biomasse, caractérisé en ce qu'il met en œuvre l'émission et la gestion de trois flux gazeux (G1-G2-G3), deux flux d'air (Gl) (G3) et un flux de gaz combustible (G2) et d'un flux solide (FS) de biomasse, et des zones du brûleur comprenant une zone de combustion primaire, une zone de gazéification, une zone de filtration et une zone de combustion secondaire, et en ce que le premier flux d'air (Gl) de combustion primaire traverse la zone de combustion primaire à l'intérieur du corps du brûleur, et en ce que le second flux de gaz combustible (G2) traverse les zones de gazéification et de filtration pour transporter une substance organique issue de la biomasse vers la zone de combustion secondaire et en ce que le troisième flux d'air (G3) génère la combustion secondaire, et en ce que les trois flux gazeux (G1-G2- G3) se rencontrent à l'avant du brûleur pour définir une zone de combustion secondaire permettant de générer un gaz sortant régulé en température et en teneur d'oxygène.

Description:
BRÛLEUR DE BIOMASSE LIGNOCELLULOSIQUE A TRIPLE FLUX AVEC GENERATION DE GAZ DE COMBUSTION A TENEUR CONTROLEE EN OXYGENE. L'invention se rattache au secteur technique des appareils de combustion, et en particulier des brûleurs de biomasse notamment à partir de déchets du type sciure, résidus forestiers et résidus agricoles.

Le développement durable et le traitement des énergies renouvelables apparaissent être les seules solutions pour réduire la dépendance aux énergies fossiles, tenant compte de l'épuisement progressif et rapide de celles-ci, et aussi pour maîtriser et réduire l'empreinte carbone lors de la production de chaleur et plus généralement lors de la production d'énergie. Tous les travaux de recherche et de développement se font dans ce sens avec une prise de conscience très forte des individus et aussi grâce à des actions d'informations et de programmes de développement proposés par les pouvoirs publics, avec par exemple en France récemment les travaux relatifs au Grenelle de l'Environnement en 2007-2009.

Ainsi, certains se sont penchés sur la valorisation énergétique de la biomasse, laquelle constitue une source d'approvisionnement considérable en respectant les objectifs précités. On connaît ainsi des brûleurs de biomasse traitant essentiellement des produits de sciure. En pratique, de tels brûleurs ne sont pas adaptés pour traiter des produits de granulométrie plus conséquente et les conditions d'utilisation et de fonctionnement restent donc limitées. En outre, la combustion initiée par les brûleurs de ce type s'effectue de manière très classique, suffisante pour des produits de sciure à faible granulométrie.

Dans le cadre de l'exploitation des matériaux relevant des énergies fossiles comme le charbon, différentes solutions de combustion de charbon ont ainsi été proposées.

On connaît par ailleurs par le brevet FR 1 370 041 un procédé pour la combustion de charbons gras agglutinants mis en œuvre avec une chaudière incorporant un échangeur de chaleur. L'objet de ce brevet est donc de produire de la chaleur et de la transmettre à un échangeur grâce à une combustion totale et optimisée du combustible. Il est donc nécessaire et absolu d'avoir des excès d'air. Ainsi, dans ce brevet FR 1 370 041, le procédé décrit met en œuvre trois flux gazeux, tous constitués d'air : un flux d'air primaire, un flux d'air secondaire et un flux d'air optionnel. L'air primaire nécessaire à la première combustion est introduit via trois entrées d'air, Fl au niveau de la zone de combustion vive, F2 au niveau de la zone de pré-combustion et F3 sous la sole (13). L'air secondaire à la post combustion est introduit via deux entrées d'air (F4-F5) situées sous la sole de la post combustion. L'entrée d'air supplémentaire dite air tertiaire F6 permet, le cas échéant, d'ajouter de l'air pour certaines variétés de charbons, qui, malgré l'étape de post combustion génèrent des imbrûlés gazeux. Ainsi, cet apport diversifié d'air est justifié par la difficulté à brûler du charbon, le charbon nécessitant une combustion en excès d'oxygène, c'est-à-dire en excès d'air. En outre, le brevet FR 1 370 041 requiert une étape de préparation mécanique du charbon avant sa combustion par une opération de broyage au fur et à mesure des charbons agglutinés pour augmenter la surface d'échange entre le solide et l'oxygène afin que l'oxydation ou combustion soit améliorée. La démarche du Demandeur ne concerne absolument pas la combustion de charbon qui relève d'une énergie fossile mais de la biomasse lignocellulosique avec en conséquence des caractéristiques structurelles très différentes. Par nature, le charbon et la biomasse lignocellulosique ne présentent ni la même composition chimique, ni la même organisation moléculaire et en conséquence, les températures de combustion et les matières résultantes de cette dernière (cendres, gaz et goudrons) ne sont pas les mêmes.

On connaît par ailleurs par le brevet EP 624 756 un procédé exclusivement de combustion du bois avec une production d'air chaud et la mise en œuvre de sondes d'oxygène pour vérifier le bon déroulement de la combustion.

La démarche du Demandeur est tout autre, en effet son objectif est d'une part de concevoir un procédé et un brûleur de biomasse lignocellulosique produisant une flamme et permettant ainsi la génération de gaz de combustion chauds, dont la teneur en oxygène et la température sont ajustées en fonction de l'application visée et des caractéristiques de la biomasse lignocellulosique traitée.

En considérant la valorisation énergétique de la biomasse qui est directement en rapport avec l'invention, la démarche du Demandeur a été d'appréhender la valorisation de biomasse lignocellulosique dans une variété de produits beaucoup plus large et de granulométrie très différente, par exemple depuis la sciure jusqu'à la plaquette forestière en passant par le granulé. Un autre but recherché du Demandeur est de permettre une combustion de la biomasse lignocellulosique propre, non polluée, de type résidus forestiers ou agricoles, avec donc des granulométries différenciées, offrant ainsi une capacité et des volumes de produits à brûler beaucoup plus importants.

Un autre but recherché du Demandeur est de permettre une combustion de la biomasse lignocellulosique moins sélective et permettant une réduction des coûts de production.

Un autre but selon l'invention est de permettre un traitement de la biomasse dans des états différenciés, par exemple de la biomasse crue ou de la biomasse torréfiée. Un autre but recherché selon l'invention est de permettre le traitement de la biomasse lignocellulosique avec une très large gamme de puissances thermiques.

Ainsi, la démarche du Demandeur a été de concevoir un nouveau type de brûleur de biomasse lignocellulosique répondant aux différents objectifs précités avec une capacité accrue de variétés de type de biomasse lignocellulosique constitutive, avec des granulométries très variables, et un état initial différencié. La solution mise au point par le Demandeur répond à tous ces objectifs, par la mise en œuvre d'un brûleur aux caractéristiques spécifiques et agissant dans des conditions différentes et nouvelles par rapport à l'état de la technique actuel et connu du Demandeur. Cette solution est mise en œuvre par un procédé très particulier qui permet la combustion de la biomasse lignocellulosique de manière optimisée.

Selon une première caractéristique de l'invention, le brûleur de biomasse lignocellulosique, est remarquable en ce qu'il comprend un corps extérieur formant colonne agencée intérieurement avec d'une part une partie réceptrice et remplie de biomasse lignocellulosique formant corps de chauffe et autour de celui-ci sur une partie de son pourtour périphérique avec une chambre de distribution et de circulation d'un gaz combustible, et en ce que la hauteur du corps de chauffe est inférieure à celle de la colonne, de façon à délimiter en partie haute un passage de circulation dudit gaz combustible, et en ce que l'alimentation de la biomasse lignocellulosique à l'intérieur du brûleur dans la partie réceptrice s'effectue par un moyen d'alimentation en continu, et en ce que la colonne du brûleur débouche par sa partie basse vers une chambre thermique et une tuyère du passage de flamme, et en ce que la chambre de distribution et de circulation dudit gaz combustible entourant le corps de chauffe débouche en partie basse du brûleur au niveau de la jonction du brûleur avec la chambre thermique et la tuyère de passage de flamme, et en ce que le brûleur comprend deux circuits d'arrivée d'air, primaire et secondaire, permettant de générer trois flux gazeux, lesdits flux gazeux étant deux flux d'air et un flux de gaz combustible dirigés et circulant à l'intérieur du brûleur, et de produire ensemble une combustion secondaire pour l'émission d'un gaz sortant et permettant le traitement des produits organiques issus de la biomasse, et en ce que la structure du brûleur définit quatre zones spécifiques, une zone de combustion primaire, une zone de gazéification de la biomasse lignocellulosique, une zone de filtration, lesdites zones se situant successivement dans le corps de chauffe, et une zone de combustion secondaire, et en ce que la zone de filtration est définie par un lit de biomasse lignocellulosique permettant la filtration du gaz combustible issu de la gazéification de la biomasse lignocellulosique dans la zone de gazéification, et en ce que lesdits flux d'air et le flux de gaz combustible sont dirigés vers la zone de combustion secondaire et de production de flamme. Selon une autre caractéristique, le procédé de combustion de biomasse lignocellulosique dans un brûleur de biomasse, est remarquable en ce qu'il met en œuvre l'émission et la gestion de trois flux gazeux, deux flux d'air et un flux de gaz combustible, et d'un flux solide de biomasse, et des zones du brûleur comprenant une zone de combustion primaire, une zone de gazéification, une zone de filtration et une zone de combustion secondaire, et en ce que le premier flux, un flux d'air, traverse la zone de combustion primaire à l'intérieur du corps du brûleur, et en ce que le second flux, un flux de gaz combustible, traverse les zones de gazéification et de filtration pour transporter une substance organique issue de la biomasse vers la zone de combustion secondaire, et en ce que le troisième flux, un flux d'air, génère la combustion secondaire, et en ce que les trois flux gazeux se rencontrent à l'avant du brûleur pour définir une zone de combustion secondaire permettant de générer une flamme et un flux gazeux sortant régulé en température et en teneur en oxygène.

Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description.

Pour fixer l'objet de l'invention illustrée d'une manière non limitative aux figures des dessins où :

- la figure 1 est une vue à caractère schématique de principe du brûleur de biomasse selon l'invention mettant en œuvre une distribution de gaz selon un triple flux, - la figure 2 est une vue partielle et en coupe transversale au niveau des zones de combustion primaire et secondaire,

- la figure 3 est une vue représentant le brûleur de biomasse avec la tuyère avec l'introduction d'un répartiteur d'air du premier flux d'air (Gl) dans le premier circuit d'arrivée d'air,

- la figure 4 est une vue similaire à la figure 3 mais sans répartiteur d'air du premier flux d'air (Gl) dans le premier circuit d'arrivée d'air.

Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative illustrée aux figures des dessins.

Le brûleur de biomasse lignocellulosique est référencé dans son ensemble par (B). Il comprend un corps extérieur (1) formant colonne agencée intérieurement avec d'une part une partie (la) réceptrice et remplie de la biomasse lignocellulosique (3) formant corps de chauffe et autour de celui-ci sur une partie de son pourtour périphérique avec une chambre (4) de distribution et de circulation d'un gaz spécifique, ainsi qu'il sera exposé par la suite. La hauteur du corps de chauffe est inférieure à celle de la colonne, de façon à délimiter en partie haute un passage (lb) de circulation de gaz. L'alimentation de la biomasse lignocellulosique (3) à l'intérieur du brûleur dans la partie réceptrice s'effectue par un moyen d'alimentation (5) en continu de tout type connu, comprenant par exemple une vis d'Archimède ou autre. La biomasse traitée est à base de produits lignocellulosiques, selon différentes formes en granulés, plaquettes ou autres avec une granulométrie variable. La colonne du brûleur se présente en situation verticale, et débouche par sa partie basse vers une chambre thermique (6) et une tuyère du passage de flamme. Par ailleurs, la chambre (4) de distribution et de circulation d'un gaz spécifique entourant le corps de chauffe (la) débouche en partie basse du brûleur au niveau de la jonction du brûleur avec la chambre thermique (6) et la tuyère de passage de flamme. La partie basse du brûleur est agencée avec un réceptacle (7) pour la collecte de cendres.

Le brûleur de biomasse lignocellulosique selon l'invention est agencé pour engendrer un triple flux de gaz et un flux solide qui vont permettre une combustion optimisée de la biomasse en mettant en œuvre une solution hybride avec à la fois le principe de la gazéification et le principe de la combustion de solide. La mise en œuvre du brûleur selon l'invention génère trois flux gazeux différents référencés (G1-G2-G3), deux flux (G1-G3) étant des flux d'air, le flux (G2) étant du gaz combustible, et un flux solide d'acheminement de la biomasse lignocellulosique (FS), et a pour objectif et résultat la meilleure combustion possible de la dite biomasse, quelle que soit la taille des particules de biomasse traitée et permet un contrôle simultané de la quantité résiduelle d'oxygène présente dans le flux gazeux en sortie du brûleur.

Afin d'assurer la distribution des flux (G1-G2-G3), le brûleur comprend deux circuits d'arrivée d'air d'une part d'air primaire, et d'autre part d'air secondaire. Le premier circuit (Cl) d'air primaire correspondant à un flux d'air primaire (Gl) comprend un conduit (8) avec ventilateur (9) débouchant dans la partie basse du corps de chauffe au niveau de la partie zone de combustion primaire (ZI). Ce conduit (8) est agencé dans le corps de chauffe permettant le passage du flux (Gl) et destiné à alimenter la combustion primaire d'une partie de la biomasse présente en bas du corps de chauffe. Ce premier circuit d'air (Cl) inclut une vanne (VI) de régulation contrôlée par la température mesurée par un thermocouple (T2) situé dans la chambre thermique (6). Cette vanne (VI) permet la modulation de la température de combustion par ajout plus ou moins important d'air (Gl). Cet apport contrôlé d'air et donc d'oxygène influe directement sur la puissance thermique générée par le dispositif. Cela a été illustré figures 3 et 4 et elle s'intègre également dans le conduit illustré figure 1 qui reste un schéma de principe du brûleur. On a représenté figure 1 dans un schéma de principe le premier circuit

(Cl) avec un conduit (8) pour la circulation du flux d'air primaire (Gl) qui permet d'alimenter la combustion primaire.

Dans les représentations aux figures 3 et 4, le conduit (8) est agencé respectivement avec un répartiteur de flux (10) permettant de scinder en deux le flux d'air (Gl) après l'étape de combustion primaire, et sans répartiteur de flux d'air (Gl).

Dans les différents cas des figures 1, 3 et 4, les gaz de combustion issus de cette zone de combustion primaire sont orientés en deux flux identifiés (Gl) et (G2). La partie de gaz envoyée vers l'avant du brûleur et produisant sur la face avant des petites flammes reste dénommée (Gl). La partie de gaz destinée à remonter vers le haut dans le corps de chauffe et fournissant l'énergie nécessaire à la gazéification de la biomasse est alors identifiée par (G2). Il s'agit de gaz dits combustibles ainsi qu'il apparaîtra par la suite. Figures 3 et 4, les différents fléchages illustrent parfaitement la circulation desdits flux (Gl) et (G2) dans les exemples d'illustration des répartitions de flux. Le second circuit (C2) d'air dit d'air secondaire correspondant à un flux d'air secondaire (G3) débouche dans la partie basse du brûleur en zone de combustion secondaire au niveau de la jonction avec l'arrivée des différents flux de gaz (Gl et G2), selon leurs cheminements respectifs comme il sera exposé par la suite. Ce second circuit (C2) met en œuvre un ventilateur (1 1). Ce second circuit d'air (C2) inclut une vanne (V2) de régulation contrôlée par la teneur en oxygène mesurée avec une sonde de mesure (O2) dans le flux sortant de la chambre thermique et par conséquent permet de réguler la teneur en oxygène résiduel dans le flux gazeux sortant du brûleur. La modulation de cette vanne modifie les caractéristiques de la combustion secondaire. En effet, ce circuit d'air permet d'obtenir une gamme étendue de combustion : de la combustion stœchiométrique à la combustion à fort excès d'oxygène. Un autre thermocouple (Tl) disposé en amont dans la chambre thermique permet un autre contrôle de température. Le brûleur selon l'invention étant défini dans sa structure, il convient d'identifier les différentes zones de celui-ci, qui permettent sa mise en œuvre et la gestion des différents flux gazeux (G1-G2-G3) et solide (FS).

Une première zone (ZI) dite de combustion primaire est située à l'intérieur et en partie basse du corps de chauffe. Elle est en étroite liaison avec le circuit (Cl) et génère les flux (Gl) et (G2). Cette zone (ZI) a pour fonction de brûler une partie de la biomasse lignocellulosique apportée par le flux (FS) correspondant à l'introduction de la biomasse lignocellulosique à l'intérieur de la colonne et spécifiquement dans le corps de chauffe du brûleur. Cette zone de combustion primaire fournit également l'énergie nécessaire à la gazéification de la biomasse. Cette double action conduit à l'appauvrissement en oxygène du flux gazeux entrant, dénommé flux d'air primaire. Cette zone de combustion est constamment alimentée par l'air primaire contenant de l'oxygène afin de permettre la combustion complète de la biomasse lignocellulosique située dans cette zone. Cette combustion conduit à l'appauvrissement en oxygène du flux d'air primaire lorsqu'il traverse la biomasse, et aussi à la fourniture de l'énergie nécessaire à la gazéification de la biomasse lignocellulosique qui se déroule sur les couches de solides situées au dessus de la zone de combustion primaire. En pratique, les gaz de combustion issus de cette zone de combustion primaire, pauvres en oxygène, sont orientés selon deux flux (Gl) et (G2) selon les figures 1, 3 et 4. Une partie du flux gazeux issu de la zone de combustion primaire et pauvre en oxygène, flux (Gl) dit de combustion primaire est ainsi envoyée vers l'avant du brûleur et produit sur la face avant de petites flammes. Cela se situe au niveau de la jonction de la partie basse du corps de chauffe avec la zone de jonction de la chambre thermique (6), et de la chambre (4) entourant le corps de chauffe. L'autre flux gazeux (G2) est renvoyé dans la colonne du corps de chauffe vers la zone de gazéification (Z2) en remontant de bas en haut, afin de chauffer la biomasse lignocellulosique et fournir l'énergie nécessaire au processus de gazéification de ladite biomasse.

Cette seconde zone (Z2), dite zone de gazéification, est située à l'intérieur du corps de chauffe, juste au dessus de la zone de combustion primaire (ZI). Cette zone (Z2) de gazéification génère d'importants volumes de gaz riches en matières organiques qui enrichissent le flux (G2) lors de son passage dans cette zone (Z2) du brûleur. La décomposition gazeuse de la biomasse génère ainsi des gaz combustibles qui sont entraînés par le flux (G2) en direction du haut du brûleur vers la troisième zone (Z3), dite zone de filtration. Outre la formation de gaz de combustibles, la zone (Z2) de gazéification fait office de zone de préparation thermique de la biomasse par extraction des organiques volatiles qui seront utilisés comme flux combustible dans la zone (Z4). Grâce à la surpression résultant de la formation des gaz de gazéification en zone (Z2) et à la restriction de section présente à la jonction du corps de chauffe et de la tuyère, le flux (G2) est naturellement aspiré vers le haut de la colonne du corps de chauffe en direction de la zone de filtration. La décomposition de la biomasse par gazéification produit des espèces gazeuses ce qui conduit à l'apparition d'une surpression locale à ce niveau du brûleur. Cette surpression ajoutée à la restriction de section au niveau de la jonction corps de chauffe/tuyère explique qu'une partie du flux (Gl) se dirige vers le haut en direction des zones (Z2) et (Z3) selon un effet d'aspiration.

Au-dessus de cette zone de gazéification, se trouve être la zone (Z3) de filtration située à l'intérieur du corps de chauffe. Cette zone (Z3) permet de filtrer les goudrons (matières organiques liquides) contenus dans le flux (G2), de les distiller et de les fragmenter avant de les réinjecter grâce au flux (G2) sur l'avant du brûleur pour être entièrement brûlés. Lors de cette filtration le flux (G2) est naturellement refroidi jusqu'à des températures de l'ordre de 60-70°C. Puis, le flux (G2), après avoir traversé les zones (Z2) et (Z3), est dirigé par le biais de la chambre (4) entourant le corps de chauffe en sens descendant à l'endroit de jonction avec la chambre thermique (6). Le flux (G2) transporte en outre les fragments de goudrons à cet endroit permettant ainsi de les brûler. Durant son passage dans cette chambre (4), le flux (G2) reste à l'état chaud (> 60°C) de par son contact avec les parois du corps de chauffe, ce qui évite toute condensation de goudrons ou autres matières telles que jus pyroligneux à l'intérieur du corps de chauffe. La biomasse lignocellulosique est présentée au-dessus de la zone de combustion primaire (ZI) selon la zone (Z3) de filtration en constituant un lit de biomasse établi sur une hauteur déterminée du corps de chauffe. Ce lit de biomasse cellulosique filtre le flux gazeux (G2) en provenance de la zone de gazéification (Z2) et se déplaçant vers le haut du brûleur.

La fonction et l'objectif de cette étape en zone (Z3) est de collecter sur les particules de biomasse lignocellulosique par dépôt et condensation les goudrons transportés par le flux (G2). Ensuite, grâce à l'énergie thermique du système, les goudrons collectés sont distillés puis fragmentés. Les phénomènes de distillation et de fragmentation sont possibles car le lit de biomasse lignocellulosique présente un gradient de température. Ainsi, seuls les éléments organiques légers traversent le lit de biomasse lignocellulosique selon la zone (Z3) pour continuer leur course jusqu'à la zone (Z4) de combustion secondaire ainsi qu'il est précisé par la suite.

Le phénomène de filtration est possible, car contrairement au charbon, la biomasse lignocellulosique ne s'agglutine pas, ainsi la perte de charge dans le corps de chauffe reste stable et il n'y a pas de phénomène de colmatage. Le lit de biomasse lignocellulosique selon la zone (Z3) permet de refroidir le flux gazeux (G2), toutefois, sa température demeure suffisamment haute (> 60°C) pour que les goudrons résiduels ne se condensent pas en haut du corps de chauffe. Le gradient de température présent dans le lit de la biomasse lignocellulosique est suivi grâce à la présence d'une série de thermocouples installés tout au long du corps de chauffe. De manière optimisée, la température la plus basse est de l'ordre de 60 à 70°C en haut du lit de la biomasse, tandis qu'au niveau de la zone de combustion primaire (ZI) et correspondant à la température de la combustion de la biomasse brûlée, elle est de l'ordre de 1000°C selon le type de biomasse employé et son humidité. Il est prévu des capteurs de niveau installés en partie haute du corps de chauffe pour s'assurer de la présence de biomasse lignocellulosique sur une hauteur suffisante pour le bon fonctionnement du brûleur. En outre, la hauteur du flux doit être suffisante afin d'éviter tout phénomène de fluidisation.

La quatrième zone (Z4), dite de combustion secondaire, est située à l'avant et dans la partie basse du brûleur et correspond avec l'intégration du circuit secondaire (C2) au mélange des flux (Gl) en provenance du bas du corps de chauffe, du flux de gaz de combustion (G2) en provenance de la chambre (4) entourant le corps de chauffe et du flux (G3) d'air secondaire initié par le circuit (C2). Ces trois flux se retrouvent dans la zone de jonction de la chambre thermique (6) et permettent ensemble un effet de combustion secondaire. Cela permet la combustion des substances organiques transportées par le flux (G2).

Ainsi selon l'invention, la rencontre dirigée des deux flux d'air (Gl- G3) et du flux (G2) de gaz de combustion génère la formation d'un flux gazeux sortant dans la chambre thermique (6) et évacué ensuite dans le circuit de chauffage, en présentant une teneur en oxygène contrôlée. Ce contrôle est permis plus particulièrement par la teneur en oxygène liée au flux (G3) et régulée à partir de la vanne (V2) et les mesures faites en continu par la sonde à oxygène (O2).

Ainsi, la mise en œuvre de ces trois flux (G1-G2-G3) en combinaison avec l'introduction en continu de biomasse lignocellulosique, selon le flux (FS), et avec la formation d'un lit de biomasse en zone (Z3) permet la combustion de la biomasse dans des conditions de granulométrie variée, et aussi de traiter des produits de biomasse dans des états différenciés. Selon l'invention, chacun des flux (G1-G2-G3) a une fonction particulière et ils se rejoignent à un moment donné dans la zone (Z4) de jonction entre le corps de chauffe et la tuyère pour assurer une zone de combustion secondaire qui permet de traiter des substances organiques générées par la biomasse.

Plus spécifiquement, le flux (Gl) dit de combustion primaire est issu du passage de l'air primaire au travers de la zone de combustion primaire à l'intérieur du corps du brûleur. Ce flux appauvri en oxygène sort à l'avant du brûleur. Le flux (G2) orienté à l'intérieur du corps de chauffe est un flux riche en substances organiques à travers son passage des zones (Z2) et (Z3) de gazéification puis de filtration. Ce flux (G2) assure une fonction de transport des substances organiques pour, à travers un circuit spécifique dans le brûleur, être amené à l'avant du brûleur vers une zone de combustion secondaire. Le flux (G3) générant la combustion secondaire permet de contrôler la combustion au point de rencontre des trois flux (G1-G2-G3) à l'avant du brûleur dans la zone de combustion des gaz.

En d'autres termes, l'invention met en œuvre un procédé de combustion de biomasse lignocellulosique, à partir de la mise en œuvre de trois flux gazeux, deux d'air et un de gaz combustible et d'un flux solide dans une structure spécifique d'un brûleur agencé pour autoriser la mise en œuvre et la circulation de chacun des flux, avec des zones (ZI) (Z2) (Z3) spécifiques et en particulier la zone (Z3) de filtration du flux gazeux (G2) puis la rencontre des flux gazeux dans une zone (Z4) située à l'avant du brûleur générant une combustion secondaire en vue de l'obtention d'un gaz sortant dont la teneur en oxygène est contrôlée et permettant un traitement complet de l'ensemble des composants notamment organiques de la biomasse. Par ailleurs, la vanne (VI) disposée dans le circuit primaire (Cl) permet de contrôler la quantité de gaz introduite dans la zone de combustion primaire dans le corps de chauffe et par conséquent, elle permet de contrôler la température finale obtenue au sein du flux gazeux sortant.

La vanne (V2) permet de contrôler le flux (G3) et la quantité d'oxygène apportée au niveau de la zone secondaire de combustion et donc de réguler la teneur en oxygène dans le flux gazeux sortant du réacteur.

Selon l'invention, le flux solide (FS) composé de biomasse lignocellulosique est alimenté de manière automatique et continue, elle est en outre établie de manière à permettre la fermeture du brûleur à étanchéité dans sa partie haute pour la circulation du flux (G2). Ce flux solide contrôlé a pour but de définir et de réguler la hauteur de la zone (Z3) de filtration de la biomasse lignocellulosique pour le passage de gaz (G2).

Le brûleur selon l'invention et son procédé permettent d'équiper des installations industrielles pour la génération de gaz de combustion à teneur contrôlée en oxygène.

Les avantages ressortent bien de l'invention, et en particulier on souligne les points suivants :

- meilleure combustion de la biomasse et de l'ensemble de ses composants, quelle que soit la granulométrie des particules ;

- contrôle de la quantité résiduelle d'oxygène dans le flux gazeux sortant ;

- possibilité de contrôler et d'ajuster la concentration d'oxygène en fonction des besoins dans le flux sortant ; - possibilité de fonctionner avec une gamme étendue de granulométrie de biomasse ;

- possibilité d'avoir une gamme de puissance thermique adaptée et variable ;

- possibilité de fonctionner avec une variété de biomasse d'origine à partir de résidus forestiers ou agricoles ;

- possibilité de fonctionner avec de la biomasse crue ou torréfiée ;

- gestion automatisée de régulation du flux gazeux sortant.