MODULE 10 DIAGNOSTIC ENERGETIQUE DES MACHINES THERMIQUES Présenté par, Pr Alexis KEMAJOU Expert en Efficacité Energétique

Thème 1: LES EQUIPEMENTS DE PRODUCTION DE CHALEUR ET DE VAPEUR : Combustibles – combustion – Contrôle de la combustion – Analyse des produits de la combustion

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.

Les combustibles Combustibles naturels Qu’est ce qu’un combustible industriel ? Les combustibles industriels Qualité économique Qualité pratique Qualité de propreté Combustibles naturels Combustibles artificiels Combustibles de récupération Qualité économique : C’est la première qualité qui est exigée d’un combustible. Il doit permettre d’obtenir de grandes quantité de chaleur pour un prix peu élevé Pour cela . Pour cela , il faut qu’on le trouve – en grande quantité dans la nature et qu’il soit facile à extraire . Ou qu’on puise le fabriquer économiquement en grande quantité (gaz d’éclairage et coke…) _ qu’il soit le sus produit , d’une fabricaton ( déchets du , bois, liqueur noire Qualité pratique : Il faut que le combustible soit facie à allumer et que la température obtenue par la combustion soit adaptée à l’usage industriel envisagée Qualité de propreté : ilfaut que le produit de la combustion gazeux (fumée) , solides (cendres) soient facile à évcuaer et qu(ilsne soient pas dangeureux. Clasification des combustible : Les combustibles industriels peuvent être classées soit d’après leur état physique (solides, liquides ou gazeux) soit d’après leur origine (naturels , artificiles ou de récupération

Combustibles naturels : Solide : bois houille ; liquides : pétrole brut, Gaz : gaz en provenance de Kribi ; artificiel : solide: charbons de bois liquides (dérivé du pétrole : fuel, essence = carburant) Gaz : acétylène, gaz de pétrole (butane , propane) Récupération , solides (rafles, écorces , sciure de bois, ordures méngères (urbains) )

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)

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.

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

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.

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.

Combustion complète avec défaut d’air C+ ½ O2 +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,   

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 qui généralement est exprimée en excès d’air (e %).

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 de déterminer la teneur en CO2 le pourcentage de CO2 croît lorsque l’excès d’air décroît ; il décroît lorsque l’excès d’air croît.

Le foyer Le foyer est l’emplacement où se produit la combustion. Un foyer est dont conçu pour permettre l’amorçage et l’entretien de cette combustion avec le meilleur rendement possible.  

CONTRÖLE DE LA COMBUSTION : ANALYSE DES FUMEES ET INTERPRETATION DES RESULTATS TROUVES

Interprétation de la teneur en CO2 . Pour chaque combustible, il résulte uu 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.

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)

Recommandations Régler l’excès d’air à une valeur comprise entre 15 et 30 % ; Cas du fuel à un taux de CO2 compris entre 12% < CO2 <14 %, Pour le gaz à taux de CO2 compris entre 8,5 < CO2 < 10,5 %.

Interprétation de la température des fumées Pertes à la cheminée par chaleur sensible des fumées f ( Tfs sortie cheminée). Si Tfs élevée, plus la chaleur emportée par les fumées est grande. La mesure de cette température présente un grand intérêt. La Tfs > ou < en même temps que la charge ; Si Tfs>Tfn : les surfaces de chauffe sont encrassées et devraient être ramonées, Ou (vérifier l’état des chicanes).

Interprétation de la température des fumées La Tf> 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 ; L’observation de la Tf peut, dans une certaine mesure, servir à apprécier l’excès d’air (bonne conduite du foyer).  La mesure de Tf est effectuée à l’aide de cannes pyrométriques

Test d’opacité des fumées Ce test consiste à faire passer un certain volume de fumées à travers une surface donnée de papier filtre. On l’appelle aussi « SMOKE-TEST ». La comparaison avec une échelle de référence 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 - Echelle Baccarach

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

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.

Réglage de la combustion Dans l’ordre, il convient : D’obtenir une teneur en CO2 des fumées satisfaisantes. Pour ce faire, on agit sur le débit d’air de brûleur. 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  

De vérifier la température des fumées : Si la température obtenue est plus élevée : - la chaudière est encrassée.  Si la température obtenue est plus basse, l’allure est inférieure à celle prévue

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.

Nous vous remercions de votre attention FIN