[PDF] Atelier de Formation: Chaudière

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Formation Efficacité énergétique dans

du 21 au 25 Février 2017 2

1.La chaudière comme système énergétique.

2.La Combustion

3.Eau de chaudière.

4.Différents types de chaudière

5.Évaluations des performances des chaudières

6.

Plan de la formation

2 3

2%-(F7H)6 G( I·$7(IH(5

"Fournir les moyens pratiques pour améliorer les performances énergétiques des chaudières -à-dire "Comment utiliser moins de combustible pour 4

Atelier de Formation

1èrepartie :

La chaudière comme

système énergétique 5 La chaudière comme système énergétique les combustibles comburant, et le transmet à un support qui, dans le cas qui nous intéresse, est la vapeur

Q chimique Q cal Q mec

Q elec

La chaudière assure donc 2 fonctions principales :

Une fonction combustion :

¾mélange combustible + comburant

¾combustion proprement dite.

Une fonction échange de chaleur :

¾transmission de la chaleur contenue dans les

produits de la combustion entrant dans la chaudière qui est destinée à la production de la chaude. 8

Les sources de chaleur nécessaires à la

production proviennent soit: "De la combustion de produits fossiles "De la combustion de sous-produits "De de la combustion de déchets "Soit encore des récupérations de chaleur pure en aval de processchimiques.

9CHAUDIÈRE À 3 PASSAGES

La chaudière classique à brûleur incorporé se décompose en deux parties: "La zone de rayonnement dite aussi chambre de combustion. "La zone de convection. 10 ವLa chaudière est composée dans sa grande partie

GಬXQH NMPPHULH G

"ŃOMQJHXUV GH ŃOMOHXU GLVSRV"V en série ou en parallèle. ವLes chaudières à récupération ne comportent pas de zone de rayonnement. Leur technologie de Oಬ"ŃOMQJH HP GH ŃRQVPUXŃPLRQ HVP VHPNOMNOH MX[ autres. GಬMXPUHV JHQUHV GH ŃOMXGLªUHV H[LVPHQP PHO TXH ವLes chaudières à lits fluidisés. ವLes chaudières utilisant les foyers sous pression de gaz. ವLes chaudières à contact direct. ವLes chaudières électriques. ವLes chaudières nucléaires. 11

SCHÉ0$ G·81( F+$8GHÈRE

12 13

Caractéristiques

‰Puissance thermique (MW) : chaleur reçue par le fluide thermique

‰Timbre : pression maximale de fonctionnement

‰Température et pression du fluide produit

‰Surface de chauffe

‰Allures :

¾Réduite

¾Normale

¾Poussée continue

¾De pointe

Typologie des chaudières

‰Petites : 50 kW à 20 MW (100 kg/h à 40 t/h de vapeur), 4 à 20 bar, 450°C maxi monobloc transportable standardisée

‰Moyennes : 10 à 100 MW (20 à 200 t/h de

vapeur), 15 à 100 bar, 520°C maxi standardisée. ‰Grandes : au delà de 100 MW, 135 à 365 bar,

540 à 650°C, souvent chaudières de centrales

16 ÉQUIPEMENTS AUXILIAIRES ASSOCIÉS ÀLA CHAUDIÈRE "Brûleurs "Système de contrôle (et de régulation) "Système de récupération des condensats 17

Atelier de Formation

2

ème

partie:

La combustion

La combustion :

‰la

chimiques qui se produisent au cours combustibles usuels. ‰Pour que la combustion soit possible, il faut réunir en même temps une matière combustible, un corps produisentla combustion et une énergie pour le démarrage de la réaction chimique de combustion 19

La Combustion:

ventilateur ou par tirage naturel. La combustion se produit dans un foyer grâce à: "Des brûleurs "Des systèmes particuliers (grilles, lit fluidisé, etc.). 20

LES PRINCIPAUX COMBUSTIBLES INDUSTRIELS

"Gazeux : gaz naturel, propane, butane "Liquides : fiouls "Solides : charbon 21

COMPOSANTS DES COMBUSTIBLES

Les matières combustibles:

"Carbone (C) "Hydrogène (H) "Soufre (S) et oxygène (O) en faibles quantités

Les matières incombustibles

"Eau (H2O) et azote (N) "Cendres (combustibles solides) 22
LES COMBUSTIBLES LIQUIDESFiouls domestiques et fiouls lourds "Provenance : distillation des produits pétroliers "Composition chimique : métaux

3C= 84 à 87 %

3H2= 10 à 14 %

3S = 0,2 à 4 %

3Divers= 0 à 1 %

23
LES COMBUSTIBLES LIQUIDESFiouls domestiques et fiouls lourds

Caractéristiques physiques :

‹Viscosité

‹Masse volumique

Les compositions chimiques du Fioul N°2 et du

charbon importé sont présentées 25

POUVOIR CALORIFIQUEDES COMBUSTIBLES

combustible -à-dire

Quantité de chaleur dégagée par la

26

NOTIONS DE PCS ET PCI

Pouvoir Calorifique Supérieur (PCS)

Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI)

Chaleur latente de condensation de la

combustion

0.98Charbon

0.93Propane -Butane

0.94Fiouls

R = PCI/PCSCombustible

27

LE PCI DE QUELQUES COMBUSTIBLES

10200Gasoil

11000GPL

9800Fioul N°7

9600

Fioul N

2

PCI (kcal/kg)Combustible

28
29

Combustibles gazeux

PCI = 802 400 kJ/kmole= 50 150 kJ/kg

1 kmoleCH422.414 m3N

PCI = 35 800 kJ/m3N

1 kmoleCH42 kmoleH2O = 36 kg H2O

PCS -PCI = 36 x 2501 = 90 036 kJ/kg

PCS = 892 436 kJ/kmole= 39 816 kJ/m3N

CH4

PCS1.11PCI

30

Gaz naturel:

4 2 2 0.820

0.030 ( ...3... ...8...)

0.140 0.010 nm CH

C H with n and m

N CO

Calcul de PCS et PCI

3 3

39710*0.820 69210*0.030 34639 /

35790*0.820 63200*0.030 31244 /

N N

PCS kJ m

PCI kJ m

31

COMBUSTION COMPLÈTE

C + O2CO2+ 7.829 kcal/kg

H2+ ½ O2

S + O2

H2O + 33.342 kcal/kg

SO2+ 2.211 kcal/kg

On appelle combustion complète une combustion où tout le combustible est oxydé. Les fumées ne contiennent aucun

élément oxydable.

32

COMBUSTION NEUTRE

Exemple: Fioul lourd n°2

9Composition moyenne :

9= 10,5 Nm3/kg de fioul

9Volume de fumées st.= 11,1 Nm3/kg de fioul

9Teneur maximale en CO2= 16 %

33

COMPOSITION DES FUMÉES

9CO2 9H2O 9CO 9N2 9O2

9Autres imbrûlés

F·HVP OM ŃRPSRVLPLRQ GHV IXPpHV TXL

renseigne sur la qualité de combustion

Donc la composition des fumées

34

THÉORIE ET RÉALITÉ

suffit à assurer une combustion complète [transformation de tout le carbone (C) en gaz carbonique (CO2)] mais incomplète:

C + ½ O

2

CO + 2 211 kcal/kg + suie

35

CHALEUR DE COMBUSTIONDU CARBONE

Silacombustionducarbonesetransforme

uniquementenmonoxydedecarboneCO,on perd¾delachaleurdecombustiondu carbone

C + O2

C + ½ O2CO + 2 210 kcal/kg

CO2+ 7 829 kcal/kg

CO + ½ O

2 CO 2 + 5 619 kcal/kg 36

NÉCESSITÉG·87HIH6(5UN EXCÈ6 G·$H5

¾La combustion complète utilisant la quantité air/combustible au niveau du brûleur. 37
RELATIONS ENTRE LA COMPOSITION DES GAZ DE F20%867H21 (7 I·(;FÈ6 G·$H5 $8 %5ÛLEUR 38

DÉ)H1H7H21 G( I·(;FÈ6 G·$H5

4XMQPLPp VP±ŃOLRPpPULTXH G·MLU

Qté

G·MLU XPLOLVpH

Qté

VP±ŃOLRPpPULTXH G·MLU

39

Une combustion incomplète provoque des

pertes (suie, CO, fumée) alors mais retrouve chaud dans les fumées.

COMPROMIS

40
"Des caractéristiques du combustible utilisé "Du type des brûleurs "Des opérations de maintenance des brûleurs (1 35$7H48( I·(;FÈ6 G·$H5 237H0$I DÉPEND PRINCIPALEMENT: 41
(;(03I( G·(;FÈ6 G·$H5 1ÉCESSAIRE POUR UN BON FONCTIONNEMENT DES CHAUDIÈRES

20-25%

10% Fioul

Gazchaudières industrielles

(3 à 10 t/h) 10% 5% Fioul

Gazchaudières industrielles

(30 à 50 t/h) < 5%gaz/fioulchaudières des centrales électriques ([ŃqV G·MLU HQ 42
([ŃqV G·MLU

1.FಬHVP OH ŃRQVPUXŃPHXU TXL GRQQH OH PMX[ PLQLPMO

GಬH[ŃªV GಫMLU UHŃRPPMQG" SRXU OH NU½OHXU HP OH combustible.

2.6ಬLO HVP LPSRVVLNOH GಫRNPHQLU ŃHV GRQQ"HV RQ SHXP VH

servir des valeurs de masse types de la table 1 comme guide.

3.Pour obtenir les meilleurs résultats, il faut analyser les

gaz de combustion et observer les conditions de combustion à la sortie de cheminée. 43
44

COMBUSTION OXYDANTE COMPLÈTE

e (%) = x 100CO2 st. ²CO2mes.

CO2 mes.

+ = 1O2 mes. 21

CO2 mes.

CO2 st.

e (%) = x 100O2

21 ²O2

45

CONDITIONS NÉCESSAIRESÀLA COMBUSTION

"Assurer une TENEUR combustible "Maintenir la TEMPERATUREde combustion propre

à chaque combustible

"Assurer un bon mélange air-combustible ce qui nécessite une TURBULENCE "Assurer le TEMPSde combustion de façon à ce que celle-

Soit assurer la règle des "

4T 46

RÔLE DES BRÛLEURS

combustible "Brûler ce mélange "Maintenir et stabiliser la flamme

En résumé, assurer la règle des "

4T»

47

DESCRIPTION DES BRÛLEURS

9Un injecteur amenant le combustible

9

9Tête de brûleur ou gicleur

9Équipements auxiliaires

48

GAZ - AIR

MIXTURE

CONNECTION

TO BURNER

49
50

PULVERISATION PAR DÉTENTE

51

SCHÉMA

52

La chaleur produite par la combustion est:

1.véhiculée par les produits de la combustion

2.XPLOLV"H SRXU SURGXLUH GH OM YMSHXU G

HMX RX GH OಬHMX

chaude IM TXMQPLP" Gಬ"QHUJLH SURGXLPH HP OM TXMOLP" GH OM YMSHXU dépend:

1.De la technologie du brûleur.

2.Des caractéristiques du combustible utilisé, de son

ŃRQGLPLRQQHPHQP HP GH OM TXMOLP" GH OಬMLU Q"ŃHVVMLUH ¢ la combustion.

3.GHV ŃMUMŃP"ULVPLTXHV GH OಬHMX GH ŃOMXGLªUH

Les produits de la combustion:

53

‰Composition chimique :

les réactions chimiques de combustion: 1.

2.De calculer les volumes de fumées générés.

3. des teneurs en éléments fortement corrosifs.

4.De prendre des précautions et limiter les conséquences de la

corrosion sulfurique à basse température (Teneur en soufre).

5.Limiter la pollution (Teneur en azote).

54

Atelier de Formation

3èmepartie :

Eau de chaudière

55

Influence de la nature

G·HMX G·MOLPHQPMPLRQ

comme fluide caloporteur dans les chaudières. chaleur que tous les autres substances inorganiques.

à pression atmosphérique.

La vapeur est capable de transporter une grande quantité de chaleur. Ces propriétés uniques de l'eau la rendent idéale pour les procédés de chauffe et de génération de puissance. 56
Malgré ces excellents atouts , la qualité de l'eau brute est généralement Insuffisante pour permettre son utilisation sans préparation.

Le traitement devra permettre de respecter le

cahier des charges de l'utilisateur et du producteur rabattre sur la chaudière. Le traitement approprié de l'eau d'alimentation de chaudière est une partie importante de l'opération et du maintien du système.

7UMLPHPHQP GH O·HMX

‰Un

pour une exploitation sans risque. Il faudra procéder aux différents traitements des eaux suivants :

9décarbonatation,

9adoucissement,

9dégazage.

corrosion, il faut limiter le primage (entraînement de fines Il .

Grandeurs à mesurer

9Dureté, titre hydrotimétrique

9Alcalinité, titre alcalimétrique

9Salinité totale

9Titre en hydroxyde

9Teneur en silice

9Phosphate actif

9Oxygène dissous

9pH

Différents stades de traitement

7\SHV G·pŃOMQJHV G·LRQV

‡ Adoucissement simple

Dé alcalinisation

Permutation mixte

Décarbonatation carboxylique

Déminéralisation totale

CALCUL DES PURGES

Le pourcentage des purges en chaudières est définie : -par le taux de concentration admissible (voir fournisseur) -par

Purges de déconcentration

Concentrations limites dans le ballon

imposées par les constructeurs de chaudières

Purges %

Valeurs pouvant monter à 15% en cas de traitement

Produits utilisés

Phosphates (réglage du pH et élimination de la dureté). Dispersants, type polymères naturels ou de synthèse, ou séquestrant permettant de maintenir les impuretés enquotesdbs_dbs9.pdfusesText_15

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