EP0539309B1 - Method and device for controlling the load of a boiler with a mechanical grate - Google Patents

Description

La présente invention a pour objet un procédé et dispositif de régulation de charge pour chaudière à grille mécanique.The subject of the present invention is a method and device for regulating charge for a boiler with a mechanical grate.

Le secteur technique de l'invention est le domaine des chaudières à grille mécanique utilisant un combustible solide.The technical sector of the invention is the field of mechanical grate boilers using solid fuel.

Une des applications principales de l'invention est la réalisation d'équipements permettant la régulation de puissance d'une chaudière à grille mécanique en fonction des besoins de l'utilisation, tout en assurant une combustion optimale et malgré des variations possibles de qualité physique et chimique du combustible solide.One of the main applications of the invention is the production of equipment allowing the power regulation of a boiler with a mechanical grate according to the needs of use, while ensuring optimal combustion and despite possible variations in physical quality and solid fuel chemical.

Pour cela, les chaudières à grilles mécaniques connues à ce jour sont généralement en conduite manuelle. Le chauffeur dispose d'un certain nombre de dispositifs, tels que regards, mesures de température ou de pression et modifie l'allure de la grille en fonction des besoins. Cette modification d'allure se fait en agissant sur plusieurs paramètres, tel que :

• la vitesse de rotation de la grille;
• le réglage de la hauteur de couche;
• la position des volets des caissons d'alimentation en air primaire;
• le débit d'air primaire;
• le débit d'air secondaire injecté dans la chambre de combustion, au-dessus de la grille pour brûler les matières volatiles.

For this, boilers with mechanical grates known to date are generally in manual operation. The driver has a number of devices, such as manholes, temperature or pressure measurements and changes the appearance of the grid as required. This change of pace is done by acting on several parameters, such as:

• the speed of rotation of the grid;
• layer height adjustment;
• the position of the flaps of the primary air supply boxes;
• the primary air flow;
• the secondary air flow injected into the combustion chamber, above the grate to burn volatile matter.

Afin de faciliter le travail du chauffeur et par analogie avec les chaudières à gaz ou à fuel, certaines chaudières à grilles sont munies d'un système de régulation de charge destiné à maintenir une pression de vapeur ou une température d'eau constante en sortie de chaudière, en fonction des besoins.In order to facilitate the work of the driver and by analogy with gas or oil boilers, some grate boilers are provided with a charge regulation system intended to maintain a vapor pressure or a constant water temperature at the outlet of boiler, as required.

Ce maintien s'effectue en faisant varier le débit de combustible en agissant sur la vitesse de la grille, par l'intermédiaire d'un régulateur, ainsi que sur le débit d'air primaire, pour maintenir un rapport de débit d'air par rapport à celui du combustible suffisant.This maintenance is carried out by varying the fuel flow by acting on the speed of the grate, by means of a regulator, as well as on the primary air flow, to maintain an air flow ratio by compared to that of sufficient fuel.

Cependant, dans le cas d'un combustible solide qui est le seul utilisable par définition avec une grille mécanique et contrairement à un brûleur fuel ou gaz, il n'est pas possible de mesurer le débit réel de combustible et on se sert alors d'une image volumétrique qui est basée sur la vitesse de rotation de la grille pour une hauteur et une largeur de couche données sur celle-ci.However, in the case of a solid fuel which is the only usable by definition with a mechanical grid and unlike an oil or gas burner, it is not possible to measure the actual fuel flow and we then use a volumetric image which is based on the speed of rotation of the grate for a height and a layer width given on this one.

Ainsi, en cas de variation de la densité apparente du combustible, de son humidité et/ou de son pouvoir calorifique, due par exemple à un changement de granulométrie ou de source d'approvisionnement, la mesure, entrant sur les régulateurs de vitesse de la grille et/ou de débit d'air, n'est pas affectée, alors que la quantité de chaleur libérée est différente.Thus, in the event of variation in the apparent density of the fuel, its humidity and / or its calorific value, due for example to a change in particle size or source of supply, the measurement, entering the speed regulators of the grate and / or air flow, is not affected, while the amount of heat released is different.

Il s'ensuit un écart par rapport au ratio air/combustible optimal qui peut provoquer une augmentation de l'excès d'air, donc une baisse de rendement, ou une diminution cet excès d'air avec apparition d'imbrûlés solides et gazeux. Avec un tel dispositif de régulation de vitesse de grille et de débit d'air primaire, basé sur la référence d'une image volumétrique du débit du combustible et tel que cela est utilisé à ce jour, le chauffeur reste nécessaire pour agir sur les paramètres non régulés et non régulables pour les raisons ci-dessus, soit :

• la hauteur de couche;
• la position des volets d'air primaire;
• le débit d'air secondaire.

This results in a deviation from the optimal air / fuel ratio which can cause an increase in excess air, therefore a decrease in efficiency, or a decrease in this excess air with the appearance of unburnt solids and gases. With such a device for regulating the gate speed and the primary air flow rate, based on the reference of a volumetric image of the fuel flow rate and as used to date, the driver remains necessary to act on the parameters. unregulated and unregulated for the above reasons, namely:

• layer height;
• the position of the primary air flaps;
• the secondary air flow.

Il peut donc compenser manuellement, par action sur les organes de réglage de ces paramètres, les dérives dues aux variations de la qualité du combustible. Ainsi, si on veut supprimer la présence permanente du chauffeur, cela nécessite de résoudre le problème dû aux variations de cette qualité du combustible.It can therefore compensate manually, by action on the adjusting members of these parameters, the drifts due to variations in the quality of the fuel. Thus, if we want to remove the permanent presence of the driver, this requires solving the problem due to variations in this quality of fuel.

Pour cela, un dispositif connu peut être l'emploi d'un oxygénemètre pour la mesure de la teneur en oxygène dans les fumées, teneur liée à l'excès d'air de combustion et qui permet donc d'effectuer une correction automatique sur le débit d'air après comparaison de la valeur de la mesure réelle avec la valeur théorique.For this, a known device can be the use of an oxygen meter for measuring the oxygen content in the flue gases, content linked to the excess combustion air and which therefore makes it possible to carry out an automatic correction on the air flow after comparison of the value of the actual measurement with the theoretical value.

Cependant ce dispositif a deux inconvénients :

• d'une part, la fiabilité relative des oxygénemètres conduit à limiter la correction à ± 10% de la valeur mesurée, or les écarts dus aux variations du combustible peuvent largement dépasser cette valeur (20 à 30%), ce qui nécessite de toutes façons des interventions humaines fréquentes;
• les chaudières à grille mécanique fonctionnent toujours avec un foyer en dépression, contrairement aux chaudières modernes à fuel ou à gaz, qui ont un foyer en pression. Ainsi, la mesure de l'oxygène dans les fumées est donc influencée par les entrées d'air parasites, tel que les regards, le cendrier, les trappes de visite etc..., qui provoquent des variations importantes de la pression du foyer et rendent alors la mesure de l'oxygène peu représentative de l'excès d'air réel de combustion dans les foyers.

However, this device has two drawbacks:

• on the one hand, the relative reliability of the oxygen meters leads to limiting the correction to ± 10% of the measured value, but the deviations due to variations in the fuel can greatly exceed this value (20 to 30%), which in any case requires frequent human intervention;
• mechanical grate boilers always work with a vacuum hearth, unlike modern oil or gas boilers, which have a pressure hearth. Thus, the measurement of oxygen in the fumes is therefore influenced by parasitic air inlets, such as manholes, ashtray, inspection hatches, etc., which cause significant variations in the pressure of the hearth and then make the oxygen measurement unrepresentative of the actual excess combustion air in the homes.

Par ailleurs, de nombreuses chaudières sont équipées d'organes de sécurité, dont certaines sont même devenues obligatoires dans des pays comme la FRANCE depuis Juin 1991; on peut citer par exemple la demande de brevet FR. 2.598.489 des CHARBONNAGES DE FRANCE, portant sur un "dispositif de sécurité automatique concernant la fermeture du volet mobile d'alimentation du combustible en cas d'anomalies"; ceci sort du cadre de la présente invention, mais constitue une contrainte supplémentaire de régulation, car en cas de dérive de celle-ci trop importante, ce qui est souvent le cas avec les dispositifs actuels, les organes de sécurité peuvent déclencher très souvent, gênant le fonctionnement continu et en imposant alors une intervention manuelle pour la remise en route, ce qui annule l'intérêt d'une régulation contrôlée.In addition, many boilers are fitted with safety devices, some of which have even become compulsory in countries like FRANCE since June 1991; one can quote for example the patent application FR. 2,598,489 from CHARBONNAGES DE FRANCE, relating to an "automatic safety device concerning the closing of the mobile fuel supply flap in the event of anomalies"; this is outside the scope of the present invention, but constitutes an additional regulatory constraint, because in the event of excessive drift thereof, which is often the case with current devices, the safety devices can trigger very often, annoying continuous operation and therefore requiring manual intervention for restarting, which cancels the advantage of controlled regulation.

Le problème posé est donc de trouver un dispositif et un procédé de régulation auto-adaptatifs, qui permettent de s'affranchir des variations de qualité physique ou chimique du combustible solide, garantissant le maintien du rapport air/combustible optimal sur toute la plage de puissance de la chaudière, sans interventions humaines pendant au moins 24 heures, permettant d'adapter automatiquement la puissance fournie par la chaudière aux besoins de l'utilisation, et cela sans que les paramètres de chauffe, dépassent des limites de sécurité acceptables.The problem posed is therefore to find a self-adapting device and method of regulation, which make it possible to overcome variations in the physical or chemical quality of the solid fuel, guaranteeing the maintenance of the optimal air / fuel ratio over the entire power range. of the boiler, without human intervention for at least 24 hours, making it possible to automatically adapt the power supplied by the boiler to the needs of use, and this without the heating parameters, exceeding acceptable safety limits.

Une solution au problème posé est un procédé et un dispositif de régulation de charge pour chaudière à grille mécanique, à vitesse d'entraînement "V" réglable et utilisant du combustible solide alimenté à travers un régulateur de hauteur "h" de couche, et apte à transmettre à un circuit échangeur d'utilisation une puissance théorique réglable et mesurable dans une plage donnée tel que :

• on définit un coefficient Ko propre à la catégorie et à la qualité du combustible utilisé et fonction des caractéristiques de celui-ci, soit essentiellement sa densité apparente, de son pouvoir calorifique, et son coefficient de remplissage, et de sa largeur sur la grille, tel que la puissance calorifique théorique que peut dégager le dit combustible dans la chambre de combustion de la chaudière est :
  $\text{Qb = V x h x Ko}$
  
  ;
• on utilise la valeur de cette puissance théorique Qb comme valeur de référence dans tout système de régulation, permettant d'optimiser la combustion, en fonction de la puissance demandée;
• on mesure en même temps la puissance Qm effectivement transmise à l'échangeur du circuit d'utilisation, et pondéré par le rendement ρ de la chaudière
• on calcule et on cumule les écarts $\text{δ = ρ Qb - Qm}$
  
  
  entre ces deux valeurs de puissance pendant une durée donnée, et quand ce cumul d'écarts dépasse une limite fixée, on remplace la valeur du coefficient Ko par une nouvelle valeur Ki calculée à partir de l'équation $\text{K = Q/ ρ (V x h)}$
  
  , dans laquelle Q est pris égal à Qm mesuré;
• on recommence les mêmes opérations de mesure de calcul et de commande de régulation avec la référence de la nouvelle puissance théorique dégagée par le combustible $\text{Qdi = V x h x Ki}$
  
  
  pendant une nouvelle durée à partir de cette nouvelle valeur Ki, qui peut alors, à l'intérieur d'un eplage autorisée, être remplacée à nouveau par une autre valeur Ki + 1 et ainsi de suite pendant toute la durée du fonctionnement de la chaudière.

A solution to the problem posed is a method and a device for regulating charge for a boiler with a mechanical grate, with adjustable drive speed "V" and using solid fuel supplied through a layer "h" height regulator, and suitable at transmit to a heat exchanger circuit a theoretical power adjustable and measurable in a given range such as:

• a coefficient Ko specific to the category and to the quality of the fuel used is defined and is a function of the characteristics of the latter, essentially its apparent density, its calorific value, and its filling coefficient, and its width on the grid, such that the theoretical calorific power which the said fuel can release in the combustion chamber of the boiler is:
  $\text{Qb = V xhx Ko}$
  
  ;
• the value of this theoretical power Qb is used as a reference value in any regulation system, making it possible to optimize combustion, as a function of the power requested;
• we measure at the same time the power Qm actually transmitted to the exchanger of the use circuit, and weighted by the efficiency ρ of the boiler
• we calculate and accumulate the differences $\text{δ = ρ Qb - Qm}$
  
  
  between these two power values for a given duration, and when this cumulative deviation exceeds a fixed limit, the value of the coefficient Ko is replaced by a new value Ki calculated from the equation $\text{K = Q / ρ (V xh)}$
  
  , in which Q is taken equal to Qm measured;
• the same calculation measurement and regulation control operations are repeated with the reference of the new theoretical power released by the fuel $\text{Qdi = V xhx Ki}$
  
  
  during a new duration from this new value Ki, which can then, within an authorized range, be replaced again by another value Ki + 1 and so on throughout the duration of the operation of the boiler .

Dans des modes de réalisation préférentiels, il est possible, grâce à cette référence de puissance théorique dégagée, d'automatiser l'ensemble de tous les paramètres intervenant dans la production de puissance réelle de la chaudière, tel que connu à ce jour et rappelé précédemment : on peut utiliser ainsi la régulation de charge destinée à maintenir la pression et/ou la température de d'eau constante en sortie de l'échangeur de la chaudière, en agissant essentiellement sur la vitesse de la grille et/ou sur le débit d'air primaire. Cette régulation est efficace grâce au dispositif et au procédé suivant l'invention, dans lequel la prise en compte du débit de combustible réel tel qu'utilisé dans les chaudières à combustible liquide ou gazeux, est remplacée ici par celle de la puissance calorifique théorique réelle dégagée par le combustible solide.In preferred embodiments, it is possible, by virtue of this reference of theoretical power released, to automate all of the parameters involved in the production of real power of the boiler, as known to date and recalled previously. : one can thus use the load regulation intended to maintain the pressure and / or the temperature of water constant at the outlet of the exchanger of the boiler, by acting essentially on the speed of the grid and / or on the flow d primary air. This regulation is effective thanks to the following device and method the invention, in which the taking into account of the real fuel flow rate as used in boilers with liquid or gaseous fuel, is replaced here by that of the real theoretical calorific power released by the solid fuel.

Il est alors possible de réguler tous les paramètres d'un système de régulation de combustion suivant un schéma dit croisé connu, en fonction de cette valeur de puissance théorique, corrigée par rapport à la puissance réelle transmise et qui sert de référence dans les boucles de régulation en fonction du signal de charge correspondant à la puissance demandée.It is then possible to regulate all the parameters of a combustion regulation system according to a so-called known crossed diagram, as a function of this theoretical power value, corrected with respect to the real power transmitted and which serves as a reference in the loops of regulation according to the load signal corresponding to the requested power.

On peut également réguler efficacement, pour une meilleure souplesse de fonctionnement la hauteur de couche, en tenant compte de vitesses maximum et minimum de grille admissibles pour la combustion, le débit d'air secondaire en fonction de la charge et/ou la position des volets de répartition de l'air primaire dans les caissons de soufflage sous la grille avec la prise en compte de la teneur en oxygène dans les fumées.It is also possible to effectively regulate, for a better flexibility of operation, the height of the layer, taking into account the maximum and minimum speeds of grate admissible for combustion, the secondary air flow as a function of the load and / or the position of the flaps. distribution of primary air in the blowing boxes under the grate, taking into account the oxygen content in the flue gases.

Le résultat est de nouveaux dispositifs et procédés de régulation de charges pour chaudières à grille mécanique, qui répondent au problème posé. Ils permettent en effet de disposer d'une manière auto-adaptatrice d'une grandeur, qui est la puissance calorifique théorique dégagée par le combustible et que l'on peut appeler "débit brûlé", car elle est parfaitement représentative du débit réel de combustion solide en tenant compte de ses variations de qualité.The result is new load control devices and methods for mechanical grate boilers, which address the problem posed. They allow in fact to have in a self-adapting way a quantity, which is the theoretical calorific power released by the fuel and which one can call "burned flow", because it is perfectly representative of the actual combustion flow solid taking into account its variations in quality.

Disposant alors de cette valeur de débit de combustible et de celui d'air comburant, il devient possible effectivement d'utiliser un schéma de régulation croisé, classique dans les installations de combustion fuel ou gaz.Having this value of fuel flow and that of combustion air then, it effectively becomes possible to use a cross-regulation scheme, conventional in fuel or gas combustion installations.

Le schéma de régulation, tel que décrit dans la présente invention en figure 3 ci-après, introduit une parfaite sécurité de fonctionnement en permettant en particulier, d'assurer en permanence lors de la montée ou descente de charge, que le débit d'air reste supérieur à celui nécessaire au débit de combustible correspondant, même en cas de panne mécanique sur l'un des actionneurs de l'alimentation en air et/ou du combustible.The regulation scheme, as described in the present invention in FIG. 3 below, introduces perfect operational safety by making it possible, in particular, to ensure permanently during the rise or fall of the load, that the air flow remains greater than that necessary for the corresponding fuel flow, even in the event of mechanical failure on one of the actuators of the air supply and / or of the fuel.

Il est ainsi possible, avec divers procédés et dispositifs auxiliaires de régulation, de rendre automatique l'exploitation de toute chaudière à grille mécanique utilisant des combustibles solides, sans présence ni intervention humaine pendant au moins 24 heures, en toute sécurité et sans arrêt intempestif ou trop fréquent de l'exploitation.It is thus possible, with various auxiliary control methods and devices, to make automatic the operation of any boiler with a mechanical grate using solid fuels, without human presence or intervention for at least 24 hours, safely and without untimely shutdown or too frequent exploitation.

On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention, mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en démontrer la nouveauté et l'intérêt.We could cite other advantages of the present invention, but those mentioned above already show enough to demonstrate its novelty and interest.

La description et les figures ci-après représentent un exemple de réalisation de l'invention, mais n'ont aucun caractère limitatif : d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de la présente invention, en particulier en changeant les divers dispositifs de régulation, tel que par exemple en regroupant certains organes, ou au contraire, par spécialisation de ceux-ci en fonction des besoins, mais tout en conservant le schéma fonctionnel d'ensemble tel que décrit ci-après.The description and the figures below represent an exemplary embodiment of the invention, but are in no way limiting: other embodiments are possible within the scope and scope of the present invention, in particular by changing the various regulatory devices, such as for example by grouping certain organs, or on the contrary, by specializing them as required, but while retaining the overall functional diagram as described below.

La figure 1 est une coupe simplifiée connue du foyer d'une chaudière à grille mécanique.Figure 1 is a known simplified section of the hearth of a mechanical grate boiler.

La figure 2 est un schéma en coupe d'une couche de combustible.Figure 2 is a sectional diagram of a fuel layer.

La figure 3 est un schéma de fonctionnement d'un dispositif de régulation et d'un procédé suivant l'invention.FIG. 3 is a diagram of the operation of a regulation device and of a method according to the invention.

La figure 1 est une coupe simplifiée connue d'une chaudière à grille mécanique 1 pour combustible solide 2. On peut définir une telle grille 1 comme un équipement de chauffe permettant le déplacement du charbon 2 en couche épaisse 3 sur un tapis mobile, et la combustion de ce charbon sous forme de grains, sans déplacement relatif par rapport au support 1. Il s'agit d'une combustion statique par opposition aux combustions sous forme pulvérisée ou en lit fluidisé qui relèvent du mode en suspension.FIG. 1 is a known simplified section of a boiler with a mechanical grate 1 for solid fuel 2. One can define such a grate 1 as a heating equipment allowing the displacement of the coal 2 in a thick layer 3 on a moving belt, and the combustion of this coal in the form of grains, without relative displacement relative to the support 1. It is a static combustion as opposed to combustions in sprayed form or in a fluidized bed which fall under the suspended mode.

L'allumage du charbon a lieu de haut en bas, grâce à une voûte d'allumage 10, à l'entrée du foyer et le comburant principal circule de bas en haut, grâce à des arrivées d'air primaire 7 situées sous la grille 1.The ignition of the coal takes place from top to bottom, thanks to an ignition vault 10, at the entrance of the hearth and the main oxidant circulates from bottom to top, thanks to primary air inlets 7 located under the grid. 1.

Celle-ci est constituée par une chaîne sans fin formant tapis et portant la couche 3 de charbon. Elle est entraînée par des roues dentées 11, montées sur un arbre moteur raccordé à tout mécanisme d'entraînement non figuré. Son mouvement est uniforme et sa vitesse réglable "V".This consists of an endless chain forming a carpet and carrying the layer 3 of charcoal. It is driven by toothed wheels 11, mounted on a motor shaft connected to any mechanism drive not shown. Its movement is uniform and its speed adjustable "V".

Le charbon 2 s'écoule par gravité depuis une trémie 4 placée à l'entrée de la grille 1. La hauteur de charbon frais 13 ou hauteur de couche déposée "h" à l'entrée de la grille, est contrôlée par un volet 5 (porte ou régulateur), dont on peut régler l'ouverture.The coal 2 flows by gravity from a hopper 4 placed at the entrance to the grid 1. The height of fresh coal 13 or height of the layer deposited "h" at the entrance of the grid, is controlled by a flap 5 (door or regulator), whose opening can be adjusted.

L'air primaire 7 est soufflé sous la grille, et le charbon s'allume grâce à la voûte d'allumage 10 dès son arrivée sur la grille 1 : si la vitesse de celle-ci ainsi que les débits d'air sont bien réglés, le charbon est complètement brûlé lorsqu'il atteint l'extrémité opposée de la grille. Les cendres 16 sont basculées dans un cendrier 9 par l'intermédiaire du décrasseur 8.The primary air 7 is blown under the grid, and the coal ignites thanks to the ignition vault 10 as soon as it arrives on the grid 1: if the speed thereof and the air flows are correctly adjusted , the charcoal is completely burnt when it reaches the opposite end of the grate. The ashes 16 are tilted into an ashtray 9 via the scraper 8.

L'allure de la couche ne varie généralement pas dans le sens transversal de la grille 1, mais elle varie par contre fortement dans le sens longitudinal. En effet, la progression d'une tranche de charbon dans sa progression sur la grille 1 suit le schéma de la figure 2 :

• dès son entrée sur la grille au point 0 d'origine correspondant à l'aplomb du volet d'admission 5, la couche 13 de charbon non allumé s'échauffe à partir des tranches voisines situées en aval et enflammées, et du flux de chaleur rayonné par la chambre de combustion et la voûte d'allumage 10;
• la surface du charbon distille, puis s'enflamme : la combustion se propage vers le bas, à contre courant de l'air primaire 7 qui est soufflé sous la grille 1;
• après un certain parcours "a", que l'on appelle distance d'allumage, le plan d'inflammation 12 atteint le plan de grille 1. La structure de la couche ne comporte plus qu'une zone d'oxydation 14 de charbon incandescent, surmontée éventuellement d'une zone de réduction 15, si la hauteur "h" de couche est forte. Par manque d'oxygène à haute température, le gaz carbonique est réduit en oxyde de carbone provoquant un fonctionnement en gazogène. La hauteur de couche "h" va ensuite en diminuant et il ne reste plus à l'extrémité que des centres 16. Si les conditions de marche tel que la hauteur de la couche "h", la vitesse de la grille "V", la qualité du combustible et le débit d'air 7 restent constants, il s'établit théoriquement un régime permanent.

The appearance of the layer does not generally vary in the transverse direction of the grid 1, but it does, however, vary greatly in the longitudinal direction. Indeed, the progression of a slice of coal in its progression on the grid 1 follows the diagram of FIG. 2:

• as soon as it enters the grid at the original point 0 corresponding to the vertical alignment of the intake flap 5, the layer 13 of unlit charcoal heats up from neighboring slices located downstream and ignited, and from the heat flow radiated by the combustion chamber and the ignition vault 10;
• the surface of the coal distills, then ignites: combustion propagates downward, against the flow of primary air 7 which is blown under the grate 1;
• after a certain course "a", which is called the ignition distance, the ignition plane 12 reaches the grid plane 1. The structure of the layer only comprises an oxidation zone 14 of incandescent charcoal , possibly surmounted by a reduction zone 15, if the layer height "h" is high. By lack of oxygen at high temperature, carbon dioxide is reduced to carbon monoxide causing gasifier operation. The height of the layer "h" then decreases and there remains only at the end of the centers 16. If the operating conditions such as the height of the layer "h", the speed of the grid "V", the quality of the fuel and the air flow 7 remain constant, theoretically a steady state is established.

L'allure spécifique de la quantité de chaleur dégagée par la combustion que l'on exprime en Kg/m²/h varie beaucoup d'un point à l'autre de la grille 1. Elle présente le profil suivant la courbe 27 représentée sur la figure 2 : cette puissance calorifique dégagée est très faible dans la zone d'allumage, maximum peu après l'extrémité de la distance "a" d'allumage, soit à 50% environ de la longueur totale de la grille en général et elle décroît ensuite jusqu'à 0 à l'extrémité de cette grille 1.The specific shape of the quantity of heat released by combustion that is expressed in kg / m² / h varies a lot from one point to another of the grid 1. It presents the profile according to the curve 27 represented on the figure 2: this released calorific power is very low in the ignition zone, maximum shortly after the end of the ignition distance "a", that is to say approximately 50% of the total length of the grate and it decreases then up to 0 at the end of this grid 1.

Pour obtenir une bonne combustion, et on définit d'une manière connue, une hauteur de couche 3 "ho" idéale en fonction des caractéristiques du charbon 2. Ce paramètre doit donc être modifié aussi peu que possible, et à hauteur de couche optimisée constante, les variations de puissance se font préférentiellement par la seule variation de la vitesse "V" de la grille. Cette vitesse a cependant deux limites :

• si elle devient trop importante, l'inflammation du combustible est alors trop lente pour maintenir stable le front d'allumage, et il y a risque de "perte du feu". Un autre inconvénient est que le temps de séjour diminuant, le combustible peut être incomplètement brûlé en fin de grille, d'où une perte de combustible et une baisse de rendement;
• si elle devient trop faible par rapport à l'inflammation du combustible, le feu remonte à contre-courant et peut atteindre la trémie 4 d'alimentation. Un autre inconvénient est que le feu est alors court et une partie de la surface de la grille est inutilisée, d'où un air de combustion inutile dans cette partie et également une baisse de rendement.

In order to obtain good combustion, and in a known manner, an ideal layer height 3 "ho" is defined as a function of the characteristics of the coal 2. This parameter must therefore be modified as little as possible, and at constant optimized layer height , the power variations are preferably made by the only variation of the speed "V" of the grid. However, this speed has two limits:

• if it becomes too great, the ignition of the fuel is then too slow to keep the ignition front stable, and there is a risk of "loss of fire". Another drawback is that as the residence time decreases, the fuel can be incompletely burnt at the end of the grate, resulting in a loss of fuel and a drop in efficiency;
• if it becomes too weak compared to the ignition of the fuel, the fire goes up against the current and can reach the feed hopper 4. Another drawback is that the fire is then short and part of the grate surface is unused, hence unnecessary combustion air in this part and also a drop in efficiency.

Ces limites sont également une raison de l'impératif de la présence actuelle d'un chauffeur, qui doit éviter par un contrôle visuel que le feu ne rentre pas dans la trémie 4 ou ne parte pas dans le cendrier 9, ce qui peut se produire en l'absence de régulation telle que suivant l'invention.These limits are also a reason for the imperative of the current presence of a driver, who must prevent by a visual control that the fire does not enter the hopper 4 or does not go into the ashtray 9, which can occur in the absence of regulation such as according to the invention.

Par ailleurs, pour réaliser une combustion rationnelle, il faut proportionner le débit d'air comburant à l'allure de combustion, tel que représenté en particulier suivant la courbe 27 de la figure 2. En effet, si la pression et le débit d'air sous la grille était uniforme, celui-ci serait en excès dans la zone d'allumage et en fin de grille, et en défaut dans la zone centrale.Furthermore, to achieve rational combustion, it is necessary to proportion the flow of combustion air to the combustion rate, as shown in particular along curve 27 of FIG. 2. In fact, if the pressure and the flow of air under the grid was uniform, this would be in excess in the ignition zone and at the end of the grid, and in default in the central zone.

Pour obtenir alors les conditions satisfaisantes, il est connu de :

• réaliser des débits d'arrivée d'air primaire sous la grille différents suivant les endroits de celle-ci et pour ce faire, l'espace sous la grille 1 est compartimentée d'une manière connue en un certain nombre de caissons 24, dont la pression peut y être réglée individuellement, donc le débit adapté à l'allure de combustion;
• ajouter de l'air complémentaire au-dessus de la grille 1 pour assurer un brassage énergique des gaz au-dessus de la couche 3 et terminer la combustion des matières volatiles et de l'oxyde de carbone CO : c'est l'air secondaire 20 rajouté directement dans la chambre de combustion 6.

To then obtain the satisfactory conditions, it is known to:

• achieve primary air inlet flow rates under the different grid depending on the locations thereof and to do this, the space under the grid 1 is compartmentalized in a known manner into a number of boxes 24, the pressure can be adjusted individually, so the flow rate adapted to the combustion rate;
• add additional air above grid 1 to ensure vigorous mixing of the gases above layer 3 and complete the combustion of volatile matter and carbon monoxide CO: this is secondary air 20 added directly to the combustion chamber 6.

De plus, la longueur du feu sur la grille 1 peut également être modifié par le réglage de la répartition de l'air primaire 7 dans les caissons 24 de soufflage, et la perte ou la remontée du feu fixent de toutes façons comme indiqué précédemment, des valeurs minimum et maximum pour la vitesse "V" de la grille.In addition, the length of the fire on the grid 1 can also be modified by adjusting the distribution of the primary air 7 in the blowing boxes 24, and the loss or ascent of the fire fixes anyway as indicated above, minimum and maximum values for the speed "V" of the grid.

Dans les procédés et dispositifs utilisés à ce jour, on considère seulement une image volumétrique de la quantité de charbon admise sur la grille 1 qui est proportionnelle à sa largeur "L", à la vitesse d'avancement "V", qui à l'épaisseur initiale de couche "h" et à la densité du combustible "d", soit $\text{Q = L x h x V x d}$

. On dispose ainsi à priori, à partir de cette formule, de deux paramètres h et V pour régler la charge de la grille, et comme indiqué précédemment, des paramètres supplémentaires, mais non indépendants des premiers que sont les débits d'air primaire et secondaire.In the methods and devices used to date, only a volumetric image of the quantity of coal admitted on the grid 1 is considered, which is proportional to its width "L", to the speed of advance "V", which to the initial layer thickness "h" and at the fuel density "d", ie $\text{Q = L xhx V xd}$

. We thus have a priori, from this formula, two parameters h and V to adjust the charge of the grid, and as indicated above, additional parameters, but not independent of the first which are the primary and secondary air flow rates .

Cependant, compte tenu de tous les paramètres rappelés ci-dessus, pour une optimisation de la combustion tels que d'une part, les limites d'épaisseurs de couches et de variations des vitesses possibles, et d'autre part les incidences de la qualité du combustible, il ne suffit donc pas respectivement d'une part de faire varier l'un et/ou l'autre pour suivre une variation d'allure, et d'autre part de conserver le produit h x v constant pour maintenir une allure de combustion donnée et si on veut que ces opérations se fassent d'une manière automatique, contrôlée et sans dérive de régulation qui finirait par arrêter la chaudière.However, taking into account all the parameters recalled above, for an optimization of the combustion such as on the one hand, the limits of layer thicknesses and variations in possible speeds, and on the other hand the effects of the quality of the fuel, it is therefore not enough, on the one hand, to vary one and / or the other to follow a variation in speed, and on the other hand to keep the product hxv constant to maintain a combustion rate given and if we want these operations to be do so in an automatic, controlled manner and without regulation drift which would end up shutting down the boiler.

Dans la figure 3, on a représenté pour cela un schéma de fonctionnement d'un dispositif et du procédé de régulation suivant l'invention, par laquelle le débit de combustible pris en compte est affiné, en les remplaçant par son "débit brûlé" obtenu par une formule de débit de chaleur brûlée telle que ${\text{Q}}_{\text{b}}\text{= V x h x l x α x d x PCI}$ , où:
   Q_b est la puissance dégagée, par exemple en kcal/h;
   V est la vitesse linéaire de la grille, par exemple en m/h
   h la hauteur de la couche 3 de combustible, par exemple en m et réglée par le régulateur de couche 5;
   l la largeur de la grille 1, par exemple en m;
   α le coefficient de remplissage du combustible 7;
   d la densité apparente de ce combustible brut exprimée en kg/m3 par exemple;
   PCI le pouvoir calorifique inférieur de ce combustible exprimé par exemple en kcal/kg.In Figure 3, there is shown for this an operating diagram of a device and the control method according to the invention, by which the fuel flow taken into account is refined, replacing them with its "burned flow" obtained by a burned heat flow formula such as ${\text{Q}}_{\text{b}}\text{= V xhxlx α xdx PCI}$ , or:
Q _b is the power released, for example in kcal / h;
V is the linear speed of the grid, for example in m / h
h the height of the fuel layer 3, for example in m and adjusted by the layer regulator 5;
l the width of grid 1, for example in m;
α the fuel filling coefficient 7;
d the apparent density of this raw fuel expressed in kg / m3 for example;
PCI the lower calorific value of this fuel expressed for example in kcal / kg.

On peut poser, pour simplifier l'écriture : $\text{Ko = l x α x d x PCI}$

, Ko étant alors le coefficient théorique de la formule ci-dessus donnant le débit réel brûlé du charbon à partir des paramètres régulables V et h soit : ${\text{Q}}_{\text{b}}\text{= V x h x Ko}$

.We can ask, to simplify the writing: $\text{Ko = lx α xdx PCI}$

, Ko then being the theoretical coefficient of the above formula giving the actual burned flow of coal from the adjustable parameters V and h, ie: ${\text{Q}}_{\text{b}}\text{= V xhx Ko}$

.

Ainsi, toute variation de la qualité du combustible se traduit par une variation de ce coefficient Ko qui prend alors une valeur K différente de celle Ko initiale.Thus, any variation in the quality of the fuel results in a variation of this coefficient Ko which then takes a value K different from that initial Ko.

Le dispositif et le procédé de régulation auto-adaptatif objet de l'invention a pour effet de corriger automatiquement, grâce à l'unité de calcul 25 intégrée dans ledit dispositif, la valeur de Ko pour la rendre égale à la valeur réelle K, sans connaître les caractéristiques précises instantanées du combustible que sont α, d et PCI.The self-adapting device and method of regulation object of the invention has the effect of automatically correcting, by means of the calculation unit 25 integrated in said device, the value of Ko to make it equal to the real value K, without know the precise instantaneous characteristics of the fuel that are α, d and PCI.

Le procédé est basé sur la comparaison permanente entre le débit ou puissance brûlée théorique, calculé par la formule ci-dessus et la puissance transmise effectivement au circuit d'utilisation et mesurable Qm, qui est, par exemple pour une chaudière à eau chaude à partir des caractéristiques relevées directement dans l'échangeur 17 :
$\text{Qm = Qeau x (Ts - Te)}$

où :
   Qm est la puissance mesurée en Kcal/h;
   Qeau est le débit d'eau traversant l'échangeur 17 en Kg/h;
   Ts et Te sont les températures respectivement de sortie et d'entrée de l'eau dans cet échangeur 17.The process is based on the permanent comparison between the theoretical flow or burned power, calculated by the above formula and the power actually transmitted to the use circuit and measurable Qm, which is, for example for a hot water boiler from characteristics noted directly in the exchanger 17:
$\text{Qm = Qeau x (Ts - Te)}$

or :
Qm is the power measured in Kcal / h;
Qeau is the water flow rate passing through the exchanger 17 in Kg / h;
Ts and Te are respectively the outlet and inlet temperatures of the water in this exchanger 17.

En régime stabilisé, on doit alors avoir : $\text{Qm = ρ x Qb}$

où :
   étant le rendement de la chaudière qui peut se calculer par des formules connues en fonction de la température des fumées 21 et de l'excès d'oxygène dans celle-ci.In stabilized regime, we must then have: $\text{Qm = ρ x Qb}$

or :
being the efficiency of the boiler which can be calculated by known formulas as a function of the temperature of the fumes 21 and of the excess oxygen therein.

Tout écart entre les deux termes de l'égalité ci-dessus sera donc la preuve d'une dérive du coefficient K réel par rapport au coefficient Ko.Any difference between the two terms of equality above will therefore be proof of a drift of the real coefficient K compared to the coefficient Ko.

De façon à tenir compte des temps de réponse très lents d'une combustion sur grille mécanique, on ne compare pas les valeurs instantanées de Qm et ρ x Qb, mais des valeurs intégrées sur un temps suffisant pour s'affranchir de ces temps de réponse que l'on prendra de l'ordre de 15 à 30 mn.In order to take into account the very slow response times of a combustion on a mechanical grate, we do not compare the instantaneous values of Qm and ρ x Qb, but integrated values over a time sufficient to overcome these response times. which will take about 15 to 30 minutes.

De la même manière, la correction apportée au coefficient Ko suivant le procédé pourra être très lente et discontinue, tel que par exemple 1% maximum à chaque correction intervenant dans un intervalle de temps qui peut être également de 15 ou 30 mn, et jusqu'à atteindre la nouvelle valeur de K, rendant les valeurs des termes de l'égalité ci-dessus identique.In the same way, the correction made to the coefficient Ko according to the process may be very slow and discontinuous, such as for example 1% maximum with each correction occurring in a time interval which can also be 15 or 30 min, and up to to reach the new value of K, making the values of the above equality terms identical.

Pour éviter une dérive accidentelle du système, la correction maximale pourra être utilement plafonnée.To avoid an accidental drift of the system, the maximum correction can be usefully capped.

La figure 3 est un schéma du dispositif 26 représentatif du procédé suivant l'invention, avec toutes ses options et sur lequel sont représentés les éléments principaux de la chaudière et de son dispositif de régulation complet, soit en particulier pour ce qui concerne spécifiquement la présente invention :

• l'échangeur de chaleur 17 recevant la puissance dégagée dans la chaudière, contrôlée par un régulateur de température et de débit 18, qui transmet au dispositif 26 de régulation un signal de puissance 19₁ demandé par l'utilisation du circuit alimenté par l'échangeur;
• le régulateur 5 d'épaisseur "h" de couche 3 du combustible 2 commandé par un organe 31 de contrôle des hauteurs "h₁" maximum et "h₂" minimum de cette couche de part et d'autre d'une valeur "ho" optimale, en relation avec la vitesse V de la grille 1, elle-même comprise entre des vitesses maximum et minimum "V". Celle-ci est définie par un organe de commande 30 en fonction de la comparaison entre la puissance demandée 19₁ et de celle mesurée et calculée 19₂, à partir des données de débit d'air 7 et d'oxygène 28 des fumées 21;
• la commande 29₁ d'arrivée de l'air primaire 7 sous la grille 1, en fonction d'une part du contrôle de la quantité d'oxygène 28 dans les fumées 21, et d'autre part de la comparaison de la quantité de chaleur 22 entre demandée 19₁ et celle brûlée Qb calculée à partir de l'unité de calcul 25 définie par ailleurs;
• la commande 29₂ des volets 23 de distribution de l'air primaire 7 en fonction de cette même quantité de chaleur brûlée Qb et calculée et de la mémorisation préalable de leurs positions optimum correspondantes;
• la commande de la quantité d'air secondaire 20 en fonction de cette même quantité de chaleur brûlée Qb calculée;
• ladite unité de calcul 25 tel que défini ci-avant et ci-après, sachant que cette unité peut être intégrée à un ou plusieurs des organes de contrôle ou de commande ci-dessus, que ceux-ci eux-mêmes peuvent être regroupés ou au contraire éclatés en plusieurs éléments, ce schéma de la figure 3 est un principe de fonctionnement ne présumant pas de la réalité de la réalisation du dispositif de régulation 26 dans son ensemble.

Figure 3 is a diagram of the device 26 representative of the process according to the invention, with all its options and on which are represented the main elements of the boiler and its complete regulation device, that is to say in particular as regards specifically the present invention:

• the heat exchanger 17 receiving the power released in the boiler, controlled by a temperature and flow regulator 18, which transmits to the regulating device 26 a power signal 19₁ requested by the use of the circuit supplied by the exchanger;
• the regulator 5 of thickness "h" of layer 3 of fuel 2 controlled by a member 31 for controlling the heights "h₁" maximum and "h₂" minimum of this layer on either side of an optimum value "ho" , in relation to the speed V of the grid 1, itself comprised between maximum and minimum speeds "V". This is defined by a control member 30 as a function of the comparison between the requested power 19₁ and that measured and calculated 19₂, from the data of air flow 7 and oxygen 28 of the fumes 21;
• the control 29₁ for the arrival of the primary air 7 under the grid 1, as a function on the one hand of controlling the quantity of oxygen 28 in the fumes 21, and on the other hand of comparing the quantity of heat 22 between requested 19₁ and that burned Qb calculated from the calculation unit 25 defined elsewhere;
• the control 29₂ of the flaps 23 for distributing the primary air 7 as a function of this same amount of burned heat Qb and calculated and of the prior storage of their corresponding optimum positions;
• controlling the quantity of secondary air 20 as a function of this same quantity of burned heat Qb calculated;
• said calculation unit 25 as defined above and below, knowing that this unit can be integrated into one or more of the control or command members above, that these themselves can be grouped together or at otherwise broken down into several elements, this diagram of FIG. 3 is an operating principle which does not presume the reality of the realization of the regulating device 26 as a whole.

Ainsi le dispositif tel que représenté sur cette figure 3, est un dispositif de régulation 26 de charge pour chaudière mécanique 1 à vitesse d'entraînement V réglable, utilisant un combustible solide 2 alimenté à travers un régulateur 5 de hauteur "h" de couche 3, et apte à transmettre à un circuit échangeur 17 une puissance thermique réglable et mesurable dans une plage donnée. Suivant l'invention, ce dispositif 26 comprend essentiellement une unité de calcul 25 relié au moins à différents capteurs de mesure de ladite hauteur "h", de ladite vitesse "V" et des paramètres de fonctionnement dudit circuit échangeur 17, et dans lequel est stocké en mémoire un coefficient Ko propre à la catégorie et à la qualité du combustible 2 utilisé et fonction des caractéristiques de celui-ci, soit essentiellement sa densité apparente et son pouvoir calorifique, et son coefficient de remplissage, et sa largeur sur la grille 1. Ce coefficient Ko est tel que la puissance théorique Qb que peut dégager ledit combustible 2 dans la chambre de combustion 6 de la chaudière est $\text{Qb = V x h x Ko}$

:
cette valeur Ko est corrigée par ladite unité de calcul 25 chaque fois que le cumul des écarts pendant une durée donnée entre cette puissance de chaleur dégagée théorique, pondérée par le rendement de la chaudière et celle Qm transmise au circuit 17 est trop importante : sa valeur est alors remplacée par une nouvelle valeur Ki calculée à partir de la dernière valeur de la puissance de chaleur mesurée Qm; ladite unité de calcul 25 est reliée au moins à tout système de régulation 22 pilotant le débit d'air envoyé dans la chambre de combustion 6 de ladite chaudière et prenant ainsi en compte d'une part ladite valeur de puissance dégagée théorique Qb corrigée et, d'autre part celle de la puissance de chaleur demandée 19 par ledit circuit échangeur 17.Thus, the device as shown in this FIG. 3, is a load regulating device 26 for a mechanical boiler 1 with adjustable drive speed V, using solid fuel 2 supplied through a height regulator 5 of height "h" of layer 3 , and able to transmit to an exchanger circuit 17 an adjustable and measurable thermal power in a given range. According to the invention, this device 26 essentially comprises a calculation unit 25 connected at least to various sensors for measuring said height "h", said speed "V" and the operating parameters of said exchanger circuit 17, and in which is stored in memory a coefficient Ko specific to the category and to the quality of the fuel 2 used and depending on the characteristics of the latter, essentially its apparent density and its calorific value, and its filling coefficient, and its width on the grid 1 This coefficient Ko is such that the theoretical power Qb that said fuel 2 can release in the combustion chamber 6 of the boiler is $\text{Qb = V xhx Ko}$

:
this value Ko is corrected by said calculation unit 25 each time the cumulative difference for a given period between this theoretical heat output power, weighted by the efficiency of the boiler and that Qm transmitted to circuit 17 is too large: its value is then replaced by a new value Ki calculated from the last value of the measured heat power Qm; said calculation unit 25 is connected at least to any regulation system 22 controlling the air flow rate sent into the combustion chamber 6 of said boiler and thus taking into account, on the one hand, said corrected theoretical power output value Qb and, on the other hand, that of the heat power required 19 by said exchanger circuit 17.

Un perfectionnement du dispositif et du procédé suivant l'invention peut être constitué par la prise en compte de la teneur en oxygène dans les fumées 21, pour la décision de corriger le coefficient K. Pour cela, il faut considérer qu'en effet un coefficient K surestimé conduit à introduire dans la régulation une puissance brûlée surestimée, donc à provoquer un débit d'air trop important, qui se traduira par un écart positif entre l'oxygène mesurée et l'oxygène théorique un K sous-estimé conduit à l'opération inverse.An improvement of the device and the method according to the invention can be constituted by taking into account the oxygen content in the fumes 21, for the decision to correct the coefficient K. For this, it must be considered that indeed a coefficient Overestimated K leads to introducing overestimated burned power into the regulation, therefore causing too much air flow, which will result in a positive difference between the measured oxygen and the theoretical oxygen. An underestimated K leads to reverse operation.

Par contre, avec le dispositif de correction d'oxygène 28, tel que représenté sur la figure, on peut corriger automatiquement, jusqu'à une certaine limite l'écart entre les deux dites valeurs de taux d'oxygène. C'est uniquement lorsque cette limitation est atteinte qu'il convient de corriger le coefficient K;
   Ainsi, dans un mode préférentiel de réalisation, un dispositif suivant l'invention comprend un organe 28 tel qu'il permet de mesurer la teneur en oxygène dans les fumées 21 et de les comparer 28 avec la valeur de la teneur en oxygène théorique nécessaire en fonction de la puissance demandée 19₁ par le régulateur 18 de l'échangeur 17 des circuits d'alimentation : si l'écart entre les deux dits valeurs est inférieur à 10% par un signal adressé par ledit organe 28 de mesure et de comparaison au système de contrôle 29₁ et de commande du débit d'air 7, on corrige en premier la teneur en oxygène par une variation correspondante des débits d'air 7 envoyé dans la chambre de combustion 26 de ladite chaudière avant toute correction du coefficient K.On the other hand, with the oxygen correction device 28, as shown in the figure, it is possible to automatically correct, up to a certain limit, the difference between the two said oxygen rate values. It is only when this limitation is reached that the coefficient K should be corrected;
Thus, in a preferred embodiment, a device according to the invention comprises a member 28 such that it makes it possible to measure the oxygen content in the fumes 21 and to compare them 28 with the value of the theoretical oxygen content necessary in function of the power requested 19₁ by the regulator 18 of the exchanger 17 of the supply circuits: if the difference between the two said values is less than 10% by a signal sent by said member 28 for measurement and comparison with the system 29₁ control and air flow control 7, the oxygen content is first corrected by a corresponding variation in the air flows 7 sent into the combustion chamber 26 of said boiler before any correction of the coefficient K.

Il y a alors une correction automatique qui vérifie que l'indication de la correction d'oxygène est bien en accord avec le sens de la dérive de ce coefficient .There is then an automatic correction which checks that the indication of the oxygen correction is in good agreement with the direction of the drift of this coefficient.

Dans un autre mode de réalisation préférentiel, quand on ne peut pas faire fonctionner la chaudière suivant une hauteur "ho" optimale de couche 3 constante, si par exemple la puissance demandée subit des variations trop importantes, on modifie la hauteur de la couche dans les limites autorisées et de façon discontinue, afin de maintenir la vitesse de la grille également dans les plages autorisées, suivant les contraintes édictées précédemment.In another preferred embodiment, when the boiler cannot be operated at a constant optimal "ho" height of layer 3, if for example the power demand undergoes too great variations, the height of the layer is modified in the limits allowed and discontinuously, in order to maintain the speed of the grid also within the authorized ranges, according to the constraints previously enacted.

Pour cela et tel que déjà présenté dans la description précédente du régulateur 5 d'épaisseur "h" de couche :

• on définit une hauteur ho idéale de couche 3 en fonction des caractéristiques du combustible 2 et deux hauteurs "h1" maximum et "h2" minimum de part et d'autre de cette hauteur idéale, compatibles avec les caractéristiques dudit combustible;
• on fait fonctionner la chaudière avec cette hauteur idéale "ho", en faisant varier préférentiellement par un signal de l'organe de commande 30 la vitesse "V" d'entraînement de la grille 1 pour suivre la variation de la puissance 19₁ demandée par rapport à la puissance 19₂ calculée à partir du débit d'air fourni à ladite chambre de combustion 6 et de taux d'oxygène résiduel mesurée dans les fumées 21 : en cas de vitesse trop rapide 31 au delà d'un seuil donné, et trop lente en deça d'un autre seuil, on choisit comme hauteur "h" de couche 3 l'une des valeurs maximum ou minimum correspondant pour conserver la vitesse "V" entre ses propres valeurs limites, pour une puissance théorique dégagée $\text{Qb = V x h x K}$
  
  identique.

For this and as already presented in the previous description of the layer thickness regulator 5 "h":

• an ideal height ho 3 of layer 3 is defined as a function of the characteristics of the fuel 2 and two heights "h1" maximum and "h2" minimum on either side of this ideal height, compatible with the characteristics of said fuel;
• the boiler is operated with this ideal height "ho", preferably varying, by a signal from the control member 30, the speed "V" of driving the grid 1 to follow the variation of the power 19₁ required with respect to at the power 19₂ calculated from the air flow rate supplied to said combustion chamber 6 and from the residual oxygen rate measured in the fumes 21: in the event of too fast a speed 31 beyond a given threshold, and too slow below another threshold, one chooses as the height "h" of layer 3 one of the maximum or minimum values corresponding to keep the speed "V" between its own limit values, for a theoretical power released $\text{Qb = V xhx K}$
  
  identical.

La plage centrale de fonctionnement correspond donc à la hauteur de couche idéale "ho" et si la vitesse de grille devient trop grande telle qu'avec une puissance demandée importante, la hauteur passe sur la valeur haute pour la réduire et inversement, si la vitesse de la grille 1 devient trop faible avec une puissance demandée faible, la hauteur passe sur la valeur basse pour l'augmenter.The central operating range therefore corresponds to the ideal layer height "ho" and if the gate speed becomes too great such that with a large demanded power, the height goes to the high value to reduce it and conversely, if the speed of grid 1 becomes too low with a low power demand, the height changes to the low value to increase it.

Un temps d'attente ou hystérésis est prévue sur chaque seuil de façon à éviter tout battement entre les deux positions.A waiting time or hysteresis is provided on each threshold so as to avoid any beating between the two positions.

Par ailleurs, le débit d'air secondaire 20 est essentiellement lié à la teneur en matières volatiles du combustible 2, ces dernières se dégageant dans la première partie de la grille 1, au fur et à mesure de l'échauffement et de l'allumage de la couche de combustible sur toute son épaisseur. Pour certains combustibles, ce débit peut être constant, mais pour d'autres, il doit être modifié en fonction de la charge ou de la puissance réelle.Furthermore, the secondary air flow 20 is essentially linked to the volatile matter content of the fuel 2, the latter emerging in the first part of the grid 1, as the heating and ignition of the fuel layer over its entire thickness. For some fuels, this flow can be constant, but for others, it must be modified according to the load or the real power.

Une solution suivant l'invention consiste à prévoir un servomoteur de commande du volet d'alimentation de cet air secondaire 20, dont la position est fixée en fonction de la charge par une loi programmée par exemple, dans le module de calcul 25, suivant la quantité de charbon ou chaleur brûlée, représentative effectivement de la puissance et de la charge réelle, tel que rappelé précédemment.A solution according to the invention consists in providing a servomotor for controlling the supply flap of this secondary air 20, the position of which is fixed as a function of the load by a law programmed for example, in the calculation module 25, according to the quantity of coal or heat burned, effectively representative of the power and the actual load, as mentioned above.

Enfin, dans un mode de réalisation préférentiel, l'air primaire devant être réparti judicieusement sous la grille 1, en fonction des besoins de l'allure de la couche de combustion 27 de la figure 2, cet air primaire est alimenté à travers des caissons 24 situés sous ladite grille, soit quatre à six caissons selon la dimension de celle-ci.Finally, in a preferred embodiment, the primary air having to be judiciously distributed under the grid 1, according to the needs of the shape of the combustion layer 27 of FIG. 2, this primary air is supplied through boxes 24 located under said grid, or four to six boxes depending on the size thereof.

Or l'étalement du feu sur la grille dépend en plus de la couche de combustion 27 de la charge, car à 100% la ligne de feu sera à quelques dizaines de cm de la fin de la grille, alors qu'à 25%, seule la première moitié de la grille sera occupée par la combustion, la seconde étant seulement recouverte de cendre.Now the spread of the fire on the grate also depends on the combustion layer 27 of the charge, because at 100% the line of fire will be a few tens of cm from the end of the grate, while at 25%, only the first half of the grate will be occupied by combustion, the second being only covered with ash.

Il alors possible et intéressant de définir une position idéale des volets de remplissage 23 de réglage du débit d'air primaire dans chaque caisson 24 d'alimentation de l'air sous la grille 1, pour toute la plage des puissances de chauffe et des débits d'air totaux correspondant nécessaires : on règle par un organe de commande 29₂ ces dits volets 23 en fonction de la quantité totale de l'air primaire 7 nécessaire de ladite puissance théorique Qb dégagée par le combustible, et de leurs dites positions idéales correspondant préalablement mises en mémoire.It is then possible and advantageous to define an ideal position for the filling flaps 23 for adjusting the primary air flow in each air supply box 24 under the grid 1, for the entire range of heating powers and flow rates. of corresponding total air required: these so-called flaps 23 are adjusted by a control member 29 as a function of the total quantity of primary air 7 required of said theoretical power Qb released by the fuel, and of their said ideal positions corresponding beforehand stored.

Chaque courbe de position en fonction de la charge peut être mémorisée pour chaque caisson 24, dont le volet 23 sera alors positionné, par un servomoteur par exemple, en fonction du débit brûlé de charbon, soit de la puissance ou de la charge calculée précédemment : on obtiendra ainsi de façon automatique, une répartition idéale de l'air primaire de combustion pour un combustible donné.Each position curve as a function of the load can be memorized for each box 24, the flap 23 of which will then be positioned, by a servomotor for example, as a function of the burnt coal flow rate, either of the power or of the load calculated previously: this will automatically give an ideal distribution of the primary combustion air for a given fuel.

Claims (8)

1. Charge regulating process for boiler incorporating mechanical grid (1), at adjustable drive velocity "V" and using solid fuel (2) supplied through a regulator (5) with height "h" of layer (3), characterized in that:

   - a coefficient Ko peculiar to the category and to the quality of the fuel (2) used and a function of characteristics thereof and of its width on the grid (1) is defined, such that the theoretical caloric power that said fuel can release in the combustion chamber (6) of the boiler is $\text{Qb = V x h x Ko}$

   

   

   ;

   - the value of this theoretical power Qb is used as reference value in any regulation system (22, 29), making it possible to optimalize the combustion, as a function of the power required (19₁);

   - at the same time, the power Qm effectively transmitted to the exchanger (17) of the user circuit and weighted by the output p of the boiler is measured;

   - the differences $\text{δ = ρ Qb - Qm}$

   

   between these two power values are calculated and cumulated for a given duration and, when this difference cumulation exceeds a fixed limit, the value of the coefficient Ko is replaced by a new value Ki calculated from the equation of definition of the coefficient $\text{K = Q/ ρ (V x h)}$

   

   , in which Q is taken to be equal to Qm measured;

   - the same operations of measurement of calculation and regulation controls are recommenced with the reference of the new theoretical power released by the fuel $\text{Qbi = V x h x Ki}$

   

   , for a fresh duration from this new value Ki, which may then be replaced again by another value Ki + 1 and so on for the whole duration of functioning of the boiler.
2. Process according to Claim 1, characterized in that the oxygen content in the fumes (21) is measured and it is compared (28) with the value of the theoretical oxygen content necessary as a function of the required power (19₁) by the regulator (18) of the exchanger (17) of the supply circuits, and if the difference between said two values is less than 10%, the oxygen content is firstly corrected by a corresponding variation of the flowrates of air (7) sent into the combustion chamber (26) of said boiler before any correction of the coefficient K.
3. Process of regulation according to either one of Claims 1 and 2, characterized in that:

   - the ideal height "ho" of layer (3) is defined as a function of the characteristics of the fuel (2) and two heights "h₁" maximum and "h₂" minimum on either side of this ideal height, compatible with the characteristics of said fuel;

   - the boiler is made to operate with this ideal height "ho", by preferentially (30) varying the velocity "V" of drive of the grid (1) to follow the variation of the power (19₁) required with respect to the power (19₂) calculated from the flowrate of air furnished to said combustion chamber (6) and from the residual oxygen rate measured in the fumes (21), and in the case of velocity (31) too rapid beyond a given threshold, and too slow this side of another threshold, there is chosen as height "h" of layer (3) one of the corresponding maximum or minimum values to conserve the velocity "V" between its own limiting values, for an identical theoretical released power $\text{Qb = V x h x K}$

   

   

   .
4. Process of regulation according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that an ideal position of the primary air flowrate adjusting flaps (23) is defined in each box (24) for supplying air beneath the grid (1), for the whole range of heating powers and corresponding total air flowrates necessary, and said flaps (23) are adjusted (29₂) as a function of the theoretical power Qb released by the fuel, and of their said corresponding ideal position.
5. Charge regulating device for boiler with mechanical grid (1), with adjustable drive velocity "V" and using solid fuel (2) supplied through a regulator (5) of height "h" of layer (3) and adapted to transmit to an exchanger circuit (17) an adjustable and measurable heat power in a given range, characterized in that it comprises a calculating unit (25) connected at least to different sensors for measuring said height "h", said velocity "V" and the operational parameters of said exchanger circuit (17), and in which is memorized a coefficient Ko peculiar to the category and to the quality of the fuel (2) used, and a function of the characteristics thereof and of its width on the grid (1), such that the theoretical power that said fuel (2) can release in the combustion chamber (6) of the boiler is $\text{Qb = V x h x Ko}$

   

   , which value Ko is corrected by said calculating unit (25) each time the cumulation during a given duration of the differences between this theoretical released heat power Qb weighted by the output of the boiler and that Qm transmitted to the circuit (17) is too great, and then replaced by a new value Ki calculated from the latest value of the heat power Qm measured, said calculating unit (25) being connected at least to any regulation system (22) piloting the flowrate of air sent into the combustion chamber (6) of said boiler and thus taking into account on the one hand, said corrected theoretical power value Qb, and on the other hand that of the power (19₁) required by said exchanger circuit (17).
6. Regulation device according to Claim 5, characterized in that it comprises a member (28) for measuring and comparing the oxygen content in the fumes (21) with the value of the necessary theoretical oxygen content as a function of the power (19₁) required by the regulator (18) of the exchanger (17) of the user circuit, which measuring and comparing member (28), if the difference between said two values is less than 10%, addresses a signal to the system (29₁) for monitoring and controlling the flowrate of air (7) furnished in the combustion chamber (6) before any correction of the coefficient K of the calculating unit (25).
7. Regulation device according to either one of Claims 5 and 6, characterized in that it comprises a regulator (5) of the thickness "h" of layer of the fuel, controlled by a monitoring member (31) and of maximum height "h₁" and minimum height "h₂" of this layer (3), on either side of an optimal ideal height "ho", and a member (30) for controlling said velocity "V" of drive of the grid (1) to follow the variations of the power (19₁) required with respect to the power (19₂) calculated from the flow-rate of air, such that said velocity "V" is included between two given thresholds.
8. Regulation device according to any one of Claims 5 to 7, characterized in that it comprises a member for controlling (29₂) the flaps (23) for distributing the primary air, as a function on the one hand of the total quantity of primary air (7) necessary, of ideal positions of said flaps previously memorized for the whole range of heating power, and of said theoretical power Qb.

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