Développement Energétique Durable | Innovation    SEMINAIRE – ATELIER DE FORMATION EN EFFICACITE ENERGETIQUE ; Dakar du 24 au 28 Novembre 2014 Thème : LES EQUIPEMENTS DE PRODUCTION DE CHALEUR ET DE VAPEUR : Combustibles – combustion – Contrôle de la combustion – Analyse des produits de la combustion Pr. Alexis KEMAJOU Expert en Efficacité Energétique

Introduction Température élevée pour grand nombre d’opérations industrielles La chaleur nécessaire fournie, soit par énergie électrique, soit par combustion. la chaleur dégagée par la combustion. Les corps susceptibles de fournir la chaleur par combustion c’est à dire par combinaison avec l’oxygène de l’air, sont les combustibles. Séminaire EE03

Les combustibles Qu’est ce qu’un combustible industriel ? Les combustibles industriels Qualité économique Qualité pratique Qualité de propreté Combustibles naturels Combustibles artificiels Combustibles de récupération Séminaire EE03

Composition des combustibles En général, les combustibles contiennent : du carbone : C de l’hydrogène : H2 du soufre : S de l’eau des cendres. (produits incombustibles) Séminaire EE03

Pouvoir calorifique d’un combustible Le pouvoir calorifique d’un combustible est la quantité de chaleur que peut dégager 1 Kg de ce combustible en brûlant complètement, s’il est solide, ou celle que peut dégager 1 mètre cube de combustible s’il est gazeux. Séminaire EE03

PROPRIETES DE QUELQUES COMBUSTIBLES Les combustibles solides Les combustibles liquides Les combustibles gazeux Séminaire EE03

PRINCIPE DE LA COMBUSTION La combustion résulte de l’action chimique de l’oxygène de l’air sur les éléments du combustible susceptibles de se combiner avec lui. Elle s’accompagne d’un dégagement de chaleur. Séminaire EE03

Combustion stœchiométrique C’est la combustion neutre, sans excès d’air et sans imbrûlés. Equation de combustion complète : a) C + O2 ------------------CO2 + 97,5 mth Q = 8 133 Kcal/Kg b) H2 + ½ O2 ----------------H2O + 69 mth Q = 34 500 Kcal/Kg c) S + O2 ------------------------------------SO2 + 71 mth Les fumées résultant de la combustion neutre sont composées de CO2, SO2, H2O et N2 les autres gaz n’apparaissant que sous forme de traces. Séminaire EE03

Combustion complète avec défaut d’air C+ ½ C2 +2N2---CO+2N2+30mth (2500 mth/Kg) C’est ce une combustion réductrice.  Pour 1Kg de combustible C qui a été acheté sous forme de charbon, mazout ou gaz, l’on ne récupère que 2500 mth alors que la combustion complète aurait assuré 8133 mth. D’autres types de combustion réductrices se présentent  :  le carbone C peut, en partie, ne pas brûler (fumée noire) donc ne produit aucune énergie,  l’hydrogène H2 peut ne pas brûler, ou même se composer avec les molécules de carbone Cm Hn, endothermique.  C’est une perte d’énergie qu’il faut soigneusement éviter. Séminaire EE03

Combustion complète avec excès d’air Dans la plupart des applications industrielles, la combustion est réalisée avec un excès d’air : la combustion est dite « oxydante ». On s’assure ainsi que tous les éléments combustibles rencontrent l’oxygène nécessaire à leur combustion complète avant d’être évacués du foyer ou du four. Il y a donc de l’oxygène excédentaire (en plus des composants provenant de la combustion stœchiométrique ) qui généralement est exprimée en excès d’air (e %). Séminaire EE03

Combustion complète avec excès d’air Un excellent critère de la qualité de la combustion, à partir de ces paramètres, est l’analyse des gaz de combustion, afin d’en déterminer la teneur en CO2 (éventuellement en O2 dans des cas particuliers). le pourcentage de CO2 croît lorsque l’excès d’air décroît il décroît lorsque l’excès d’air croît. Séminaire EE03

Le foyer Le foyer est l’emplacement où se produit la combustion. Un foyer est dont conçu pour permettre d’amorçage et l’entretien de cette combustion avec le meilleur rendement possible.  Dans le foyer sont mis en présence, le combustible et l’air de combustion en proportions convenables. Pour qu’une combustion puisse s’amorcer et se maintenir, il faut qu’il règne dans le foyer une température suffisante ; cette température dépend de plusieurs facteurs tels que le degré de division du combustible, sa nature, son humidité, etc… Séminaire EE03

CONTROLE DE LA COMBUSTION : ANALYSE DES FUMEES ET INTERPRETATION DES RESULTATS TROUVES Séminaire EE03

Interprétation de la teneur en CO2 . Pour chaque combustible, il résulte du mélange idéal combustible/air la formation d’un certain pourcentage de CO2 dans les fumées appelé CO2 neutre ou CO2n {exemples : FOL/DDO (15,9), Butane (13,9)}. Dans la pratique, l’expérience montre qu’il faut introduire davantage d’air qu’il n’est théoriquement nécessaire. Cet excès est fonction du combustible, ainsi que la nature et l’état du matériel de combustion. Séminaire EE03

Interprétation de la teneur en CO2 La teneur en CO2 des fumées est en relation directe avec cet excès d’air : plus le CO2 mesuré < CO2 neutre, plus l’excès d’air est important et plus les pertes par la cheminée sont élevées car la quantité d’air introduite en trop représente une masse de gaz qu’il a fallu chauffer inutilement. La mesure de la teneur en CO2 se fait à l’aide d’un analyseur de gaz portatif (dite appareil Fyritte : voir annexe) Séminaire EE03

Recommandations Régler l’excès d’air à une valeur comprise entre 15 et 30% ; ce qui correspond pour le fuel à 1 % CO2 compris entre 12% < CO2 <14 %, Pour le gaz à 1 % CO2 compris entre 8,5 < CO2 < 10,5 %. Séminaire EE03

Interprétation de la température des fumées Les pertes à la cheminée par chaleur sensible des fumées sont fonction de la température de sortie à la cheminée. Plus cette dernière est élevée, plus la chaleur emportée par les fumées est grande. La mesure de cette température présente un grand intérêt. La température augmente ou diminue en même temps que la charge ; mais, lorsqu’elle augmente au-dessus de la valeur normale sans que la charge de la chaudière ait elle-même augmenté, cela indique, soit que les surfaces de chauffe sont encrassées et devraient être ramonées, soit qu’il s’est produit un passage direct ou un autre dérangement dans le circuit des fumées (auquel cas, la vérification de l’état des chicanes s’impose). Séminaire EE03

Interprétation de la température des fumées La température des fumées augmente aussi, en général à charge constante, lorsque l’excès d’air devient plus important, parce que les surfaces de chauffe absorbent moins bien la chaleur des fumées ; de sorte que l’observation de la température des fumées peut, dans une certaine mesure, servir à apprécier l’excès d’air, c’est-à-dire la bonne conduite du foyer.  La mesure des températures des fumées est effectuée à l’aide de cannes pyrométriques Séminaire EE03

Test d’opacité des fumées Ce test consiste à faire passer un certain volume de fumées à travers une surface donnée de papier filtre (2 250 cm3/cm2). On l’appelle aussi « SMOKE-TEST ». La comparaison avec une échelle de référence (cf. ci-dessous) permet d’affecter un coefficient d’opacité. Celui-ci ne devrait pas se situer au-delà de 2. Une valeur plus élevée est le signe d’une mauvaise combustion (mauvaise pulvérisation, imbrûlés), ainsi que de l’encrassement plus ou moins important des circuits de fumées (à comparer avec la température des fumées. Echelle Baccarach Séminaire EE03

Mesure des imbrûlés Un manque d’air ou qu’un mauvais mélange se traduit par une combustion incomplète du combustible dans le foyer. Il s’ensuit donc que des éléments imbrûlés s’envolent à la cheminée : c’est une perte très importante de calories qu’il est obligatoire d’éviter. Une combustion incomplète entraînera la présence d’oxyde de carbone (symbole : CO) dans les fumées et la plupart des appareils de contrôle des imbrûlés sont donc basés sur la recherche du CO Séminaire EE03

Contrôle du tirage, pressions et dépressions Si les pertes de charge augmentent pour une même allure de la chaudière, cela prouve soit que le tirage a été déréglé et que l’excès d’air est trop grand, soit que les parcours sont encrassés et qu’il y a lieu d’augmenter la fréquence des ramonages. Très souvent, la seule lecture de la dépression au foyer permet au chauffeur de se rendre compte de la bonne marche de la chaudière. Un déprimomètre enregistreur ou portatif est l’appareil qui permet de faire la mesure de cette dépression. Séminaire EE03

Réglage de la combustion Dans l’ordre, il convient : a) D’obtenir une teneur en CO2 des fumées satisfaisantes. Pour ce faire, on agit sur le débit d’air de brûleur. b) De vérifier : L’absence d’imbrûlés. La faible opacité des fumées. S’il y a présence d’imbrûlées, il devient nécessaire d’augmenter l’excès d’air jusqu’à leur disparition. Ceci doit être obtenu pour un excès d’air variant entre 10 et 20 % suivant l’importance de la chaudière, correspondant à 14,5 % et 13,2 % de CO2.   Séminaire EE03

Réglage de la combustion L’excès d’air est donné par la relation : Ea = 0,96 x (16 - CO2 mesuré) / CO2 mesuré  S’il y a toujours présence d’imbrûlés, pour un excès d’air de 20 % par exemple, il y a lieu de vérifier l’état du matériel de pulvérisation. Séminaire EE03

Réglage de la combustion c) De vérifier la température des fumées : Connaître au préalable les température à diverses allures pour un fonctionnement à rendement optimum de la chaudière, cette dernière étant propre et en bon état. Si la température obtenue est plus élevée : Ou bien la chaudière est encrassée. Ou l’allure est supérieure à celle prévue (vérifiable si on dispose d’un débit mètre).  Si la température obtenue est plus basse, l’allure est inférieure à celle prévue. Séminaire EE03

Développement Energétique Durable | Innovation    Nous vous remercions de votre attention FIN Séminaire EE03