Systèmes d'alimentation en combustible des centrales

• Ce guide présente les principaux systèmes d'alimentation en combustible utilisés dans les centrales thermiques du Québec.
• Il couvre les systèmes au gaz naturel, à l'huile et au charbon.
• Il détaille leur fonctionnement et leurs composants clés.
• Il inclut les considérations de sécurité pour les mécaniciens de machines fixes.

Système d'alimentation en gaz naturel

• Le gaz naturel entre dans l'usine à une pression d'environ 280 kPa.
• Un robinet de sectionnement manuel au point d'entrée permet d'interrompre l'alimentation en cas d'urgence.
• Un débitmètre est installé en aval du robinet de sectionnement pour mesurer le débit de gaz vers les brûleurs.
• Le poste de sectionnement automatique comprend deux robinets de sectionnement automatiques et un robinet d'évent automatique (agencement double isolement et purge).

Composants du système de gaz

• Le robinet principal de débit fait varier la quantité de gaz allant aux brûleurs selon la charge de la chaudière.
• Chaque brûleur principal est équipé d'un robinet permettant sa mise en service ou hors service.
• La conduite d'embranchement de la veilleuse comporte un poste détendeur réduisant la pression du gaz de 280 à 20 kPa pour les veilleuses.

Fonctionnement automatique du train de gaz

• Le train de gaz d'une chaudière à vapeur haute pression suit une séquence automatisée précise, gérant la pression d'entrée de 280 kPa jusqu'aux brûleurs, en coordination avec les robinets de sectionnement automatiques et le système de double isolement.
• Le système de sécurité PLC déclenche un arrêt d'urgence en moins de 2 secondes si une anomalie est détectée.
• Les anomalies peuvent être liées aux pressions, aux flammes ou aux positions des vannes.
• Vérification initiale (30 secondes) : Vérification électronique de la position fermée des robinets principaux et d'évent.
• Test d'étanchéité automatique avec pressurisation à 140 kPa pour détecter toute fuite par les pressostats de sécurité.
• Purge préventive (90 secondes) : Ouverture du robinet d'évent automatique pour évacuer l'air et le gaz résiduel.
• Ventilation forcée du foyer avec un débit d'air minimum de 25% du débit nominal.
• Séquence d'allumage (45 secondes) : Ouverture de la conduite d'embranchement de la veilleuse à 20 kPa, allumage électrique à 6000V, confirmation de la flamme par ionisation et cellule UV.
• Mise en service principale (60 secondes) : Ouverture progressive des deux robinets de sectionnement en série avec temporisation de 5 secondes.
• Réglage du robinet principal de débit pour atteindre graduellement la puissance demandée.
• Régulation continue : Modulation automatique du débit entre 15% et 100% par le robinet principal, maintenant une pression de vapeur stable selon la consigne, et surveillance continue par le poste de sectionnement automatique.
• Le robinet de contrôle de débit du brûleur principal fait varier la pression du gaz entre 7 et 70 kPa selon la charge de la chaudière, à partir d'une pression d'entrée de 280 kPa.
• 7 kPa : Pression minimale du gaz au brûleur principal à faible charge.
• 70 kPa : Pression maximale du gaz au brûleur principal à pleine charge.
• 280 kPa : Pression d'entrée du gaz à l'entrée de l'usine.

Dispositifs de sûreté du système de gaz

• Régulateur de pression de gaz de veilleuse : Maintient une pression constante pour assurer une flamme de veilleuse stable.
• Régulateur principal de pression de gaz : Conserve une pression prédéterminée plus élevée pour un rendement de combustion optimal.
• Interrupteur de coupure basse pression : Empêche le fonctionnement du brûleur si la pression de gaz est insuffisante.
• Interrupteur haute pression : Coupe l'alimentation si la pression dépasse un seuil prédéterminé.

Types de brûleurs à gaz

• Brûleur à injecteurs multiples : Comporte huit injecteurs reliés à un manifold circulaire, permettant un bon mélange gaz-air.
• Brûleur annulaire : Le gaz est dirigé vers un manifold annulaire avec de nombreuses sorties, l'air passant au centre.
• Brûleur à rendement élevé (faible NOx) : Conçu pour réduire les émissions d'oxydes d'azote en contrôlant la température de flamme.

Brûleur à injecteurs multiples

• Huit injecteurs reliés à un manifold circulaire, chacun percé de petits trous pour les jets de gaz.
• L'air de combustion est contrôlé par des portes de registre.
• Le gaz est mélangé à l'air dans le col du mélangeur.
• Avantages : Flexibilité d'utilisation, possibilité de nettoyer les injecteurs individuellement sans arrêter le brûleur.

Brûleur annulaire à gaz

• Conception : Le gaz est dirigé vers un manifold annulaire percé de nombreuses sorties, l'air passe au centre de l'anneau.
• L'air et le gaz se mélangent efficacement à la sortie de l'anneau, assurant une combustion optimale.
• Il peut être équipé d'un brûleur à huile central pour une flexibilité de combustible.

Brûleurs à faible NOx

• L'objectif est de réduire les émissions d'oxydes d'azote en contrôlant la température de flamme.
• Méthodes : Recirculation des gaz de combustion, alimentation en air par étapes, configuration de flamme modifiée.
• Résultats : Les émissions de NOx sont réduites à 25-80 ppm, contre 100-200 ppm pour les brûleurs conventionnels.

Système d'alimentation en huile combustible

• Composants principaux : Réservoir de stockage, système de chauffe, pompes, tuyauterie et brûleurs.
• L'huile lourde nécessite un chauffage pour le pompage et l'atomisation.
• L'huile légère ne nécessite pas de chauffage, simplifiant le système.

Réservoir de stockage d'huile

• La capacité dépend de la fiabilité des livraisons, généralement de 1 à 3 semaines de consommation maximale.
• Types : Hors terre ou souterrains.
• Les réservoirs hors terre nécessitent un merlon de confinement pour contenir le volume total plus un tiers.

Composants du réservoir d'huile

• Conduite de remplissage, prolongée sous le niveau d'entrée d'aspiration pour éviter l'effet d'évent.
• Tuyau d'évent, résistant aux intempéries, avec arrête-flamme pour les réservoirs hors terre.
• Serpentin de chauffe, contrôlé par un robinet thermostatique pour maintenir la température de l'huile.
• Conduites d'aspiration: Deux niveaux, inférieur pour usage normal, supérieur pour urgences.

Chauffe de l'huile combustible lourde

• Étape 1 : Chauffe pour pompage, utilisation d'un réchauffeur d'aspiration dans le réservoir, généralement à 30-55°C.
• Étape 2 : Chauffe pour atomisation, chauffage à 70-100°C près des brûleurs pour permettre une bonne atomisation.
• Utilisation de robinets thermostatiques pour réguler la température à chaque étape.

Système de tuyauterie à huile

• Composants principaux : Réservoir, tuyauterie des brûleurs, réchauffeurs, pompes, crépines et dispositifs de contrôle.
• Crépines jumelées installées avant chaque pompe pour permettre l'entretien sans interruption.
• Réchauffeur d'huile : Situé dans la conduite d'alimentation vers les brûleurs, contrôlé par un robinet thermostatique.
• Robinet de surcharge thermique et dérivation comme sécurité en cas de température ou pression excessive.

Pompes à huile

• Fonction : Fournir la pression nécessaire pour l'atomisation mécanique de l'huile (345-1725 kPa).
• Configuration : Généralement deux pompes, une principale (souvent à vapeur) et une de secours (électrique ).
• Type : Pompes volumétriques à engrenage, nécessitant une soupape de décharge au refoulement.

Circuit d'huile vers les brûleurs

• Filtration : L'huile passe par des crépines d'aspiration puis des filtres après les pompes.
• Pressurisation : Les pompes fournissent la pression requise pour l'atomisation.
• Contrôle du débit : Des robinets de contrôle régulent le débit vers les brûleurs selon la charge.
• Recyclage : À faible débit, une partie de l'huile est recyclée vers le réservoir pour maintenir un débit constant.

Types de brûleurs à huile

• Brûleur à atomisation mécanique : Use la pression pour diviser l'huile en fines gouttelettes.
• Brûleur à atomisation par vapeur ou air : Utilise de la vapeur ou de l'air comprimé pour atomiser l'huile.
• Brûleur à coupelle rotative : Utilise la force centrifuge pour atomiser l'huile.

Brûleur à atomisation mécanique

• L'huile est forcée sous haute pression (480-2100 kPa) à travers un petit orifice, créant une pulvérisation fine.
• Tuyère avec rainures étroites tangentes menant à une chambre de turbulence, suivie d'un orifice de sortie.
• Avantages : Convient à tous les grades d'huile, simple et efficace.

Brûleur à atomisation par vapeur ou air

• Création d'une émulsion vapeur-combustible ou air-combustible, atomisée par dilatation rapide.
• Mélange interne (dans la tuyère) ou externe (à la sortie de la tuyère).
• Pressions : 140-550 kPa pour l'huile, 690-1050 kPa pour la vapeur ou l'air.

Brûleur à atomisation par air basse pression

• Pression d'air: 7-14 kPa
• Pression d'huile : Environ 35 kPa.
• L'air primaire atomise l'huile, l'air secondaire assure la combustion complète.

Brûleur à huile à coupelle rotative

• L'huile est projetée par force centrifuge sur le bord d'une coupelle tournant à haute vitesse (environ 3500 tr/min).
• L'atomisation ne dépend pas de la pression d'huile, mais de la vitesse de rotation.
• Souvent utilisé pour de grandes chaudières préassemblées fonctionnant au mazout lourd n°2.

Systèmes de manutention de charbon

• Objectif : Recevoir, stocker et transporter le charbon aux chaudières au moment voulu et sous la forme requise.
• Composants : Systèmes de déchargement, stockage, récupération, concassage, transport et alimentation des chaudières.
• Importance : Représente une part significative des coûts d'investissement et d'entretien d'une centrale thermique.

Disposition type de manutention de charbon

• Réception: Déchargement par camion, train ou navire selon la configuration de la centrale.
• Stockage : Stockage en tas ou en silos pour assurer une réserve suffisante.
• Préparation: Concassage et tamisage pour obtenir la taille adéquate pour la combustion.
• Transport: Utilisation de convoyeurs à bande pour acheminer le charbon aux chaudières.

Systèmes de déchargement du charbon

• Déchargeur de wagon rotatif : Pour le charbon arrivant par train, permet un déchargement rapide et efficace.
• Grue de déchargement : Utilisée pour le charbon arrivant par barge, dépose le charbon sur un convoyeur.
• Pesage : Systèmes de pesage intégrés pour mesurer précisément les quantités reçues.

Convoyeurs à bande pour le charbon

• Capacité : Peuvent transporter jusqu'à 1200 t/h à une vitesse de 4,25 m/s.
• Inclinaison maximale d'environ 18°, selon le type de charbon.
• Matériaux : Bandes en caoutchouc et toile pour résister à l'abrasion et à la corrosion.

Stockage du charbon

• Stockage actif : Alimentation directe des équipements de chauffe, nécessite un accès facile.
• Stockage de réserve : Protection contre les retards de livraison, nécessité des précautions pour éviter la combustion spontanée.
• Méthodes : Utilisation de convoyeurs à raclette, ponts roulants ou équipements mobiles comme des bouteurs.

Précautions pour le stockage du charbon

• Compactage : Nécessaire pour les stocks de plus de 3 mètres pour exclure l'air et réduire les risques de combustion spontanée.
• Surveillance de température : Utilisation de thermomètres ou sondes, une température de 70°C ou plus indique un risque d'incendie.
• Prévention : Compactage, injection de CO2, ou retrait du charbon à risque en cas de surchauffe.

Préparation du charbon pour la combustion

• Concassage : Réduction de la taille des morceaux de charbon pour faciliter la manipulation et le broyage.
• Séparation magnétique : Retrait des fragments métalliques pour protéger les équipements en aval.
• Pulvérisation : Broyage fin du charbon pour une combustion efficace dans les brûleurs.

Types de brûleurs à charbon pulvérisé

• Chauffe horizontale : Brûleurs situés dans les parois avant ou arrière, flamme horizontale.
• Chauffe verticale : Brûleurs situés dans la voûte, flamme dirigée vers le bas puis remontant.
• Chauffe tangentielle : Brûleurs aux coins du foyer, flammes dirigées tangentiellement au centre.

Brûleur à charbon pulvérisé pour chauffe horizontale

• Tuyère centrale avec des nervures internes pour le mélange charbon-air primaire.
• L'air secondaire est admis autour de la tuyère centrale par des ailettes réglables pour créer de la turbulence.
• Bonne distribution et mélange uniforme à la sortie du brûleur.

Chauffe tangentielle

• Les brûleurs sont installés aux coins du foyer, flammes dirigées tangentiellement.
• Forte turbulence au centre, combustion complète des particules imbrûlées.
• Peut souvent brûler du gaz ou de l'huile en plus du charbon.

Composants d'un foyer à cyclone

• Cylindre horizontal : Corps principal du cyclone, refroidi à l'eau.
• Entrée d'air primaire : Introduit le charbon et l'air de manière tangentielle pour créer un tourbillon.
• Entrée d'air secondaire : Injecté à haute vitesse (environ 90 m/s) pour augmenter l'effet centrifuge.
• Évacuation de scories : Les cendres fondues s'écoulent vers un réservoir à scories.

Types de pulvérisateurs de charbon

• Broyeur à tube (ou à boulets) Cylindre rotatif rempli de boulets pour broyer le charbon par impact et attrition.
• Broyeur par impact : Utilise des marteaux à haute vitesse pour pulvériser le charbon.
• Broyeur à chemin de roulement : Broyage entre deux bagues et des billes d'acier, adapté à tous types de charbon.
• Broyeur à cuve : Rouleaux écrasant le charbon sur une table rotative, populaire pour le charbon bitumineux.

Chargeurs à alimentation en charbon

• Alimentation par le dessous : Le charbon est introduit sous le lit de combustible, réduisant la production de suie et de fumée.
• Alimentation par le dessus : Le charbon est déposé sur la surface du lit de combustible, adapté à l'anthracite et aux charbons bitumineux.
• Alimentation transversale : Le charbon est déplacé latéralement sur une grille mobile, permettant un contrôle précis de la combustion.

Gestion des cendres et des scories

• Collecte : Les cendres et scories sont recueillies sous la grille ou à l'extrémité du chargeur.
• Refroidissement : Les scories sont souvent refroidies dans un bain d'eau pour faciliter leur manipulation.
• Transport : Utilisation de convoyeurs ou de systèmes hydrauliques pour évacuer les résidus.
• Stockage ou valorisation : Les cendres peuvent être stockées ou utilisées dans d'autres industries.

Efficacité énergétique des systèmes au charbon

• Optimisation de la combustion : Utilisation de systèmes de contrôle avancés pour maximiser le rendement.
• Récupération de chaleur : Installation d'échange pour récupérer la chaleur des gaz d'échappement.
• Cogénération : Production combinée d'électricité et de chaleur.
• Utilisation de systèmes de contrôle avancés pour maximiser le rendement

Contrôle des émissions

• Dépoussiéreurs : Filtres électrostatiques ou à manches pour capter les particules fines.
• Désulfuration : Systèmes de lavage des fumées pour réduire les émissions de dioxyde de soufre.
• Réduction des NOX : Techniques de combustion à faible NOx et systèmes de réduction catalytique.
• Captage du CO2 : Techniques de combustion à faible NOx et systèmes de réduction catalytique.
• Techniques émergentes pour la capture et le stockage du dioxyde de carbone.

Comparaison des combustibles

• Gaz naturel : Propre, facile à contrôler mais avec un prix volatil.
• Huile : Haute densité énergétique mais avec des émissions élevées.
• Charbon : Abondant et peu coûteux mais avec émissions élevées et une manutention complexe.

Tendances futures dans la combustion industrielle

• Combustion supercritique : Augmentation de l'efficacité par l'utilisation de pressions et températures plus élevées.
• Gazéification intégrée : Conversion du charbon en gaz synthétique pour une combustion plus propre.
• Biomasse et co-combustion : Utilisation de combustibles renouvelables en mélange avec les combustibles fossiles.
• Digitalisation : Utilisation accrue de l'IA et du big data pour optimiser les processus de combustion.

Formation des mécaniciens de machines fixes

• Connaissances techniques : Maîtrise des principes de thermodynamique, de mécanique et d'électricité.
• Réglementation : Compréhension des normes de sécurité et environnementales québécoises.
• Pratique : Expérience pratique sur divers systèmes de combustion industriels.
• Note* Rôle du mécanicien

Rôle du mécanicien de machines fixes

• Opération : Supervision des systèmes et ajustement des systèmes d'alimentation en combustible. -Maintenace : Inspection quotidienne des équipements, réalisation des tests hydrostatiques selon les programmes d'entretien préventif dans les normes québécoises en vigeur.
• Sécurité : Application rigoureuse des procédures de vérification des dispositifs de de verrouillage et d'isolation.
• Optimisation : Analyse des données de performance pour réduire la consommation énergétique avec la cogénération et modernisation des systèmes de contrôle.

Défis actuels pour les mécaniciens de machines fixes

• Évolution technologique : Maîtrise des systèmes SCADA et adaptation aux technologies d'Internet des objets (IoT).
• Normes environnementales : Application des normes québécoises sur les émissions de NOx, respect des seuils de CO2 et mise en conformité avec le RAA.
• Efficacité énergétique : Atteinte des objectifs de réduction implémentant les techniques de cogénération et optimisation des cycles de combustion supercritique.
• Polyvalence : Expertise requise sur les systèmes au gaz naturel à faible NOx, le brûleur à huile à atomisation mécanique, et les installations de gazéification du charbon.

Perspectives d'avenir pour la profession

• Transition énergétique . Maîtrise des technologies de combustion à hydrogèneet des systèmes de récupération de chaleur.
• Digitalisation . Utilisation avancée des l'intelligence artificielle pour la maintenance prédictive.
• Formation continue . Certification obligatoire en cybersécurité industrielle, programmes spécialisés dans les nouvelles normes environnementales.

Ressources pour les mécaniciens de machines fixes au Québec

• 1Associations professionnelles . CETAF AQME avec accès privilégié aux experts du secteur. -Réglementation documentation complète sur le règlement les normes CSA B51 via Regie du batiment. Outils en ligneaccès à la plateforme.

Ce guide décrit les systèmes d'alimentation en combustible des centrales thermiques du Québec, incluant gaz naturel, huile et charbon. Il détaille le fonctionnement et les composants clés de chaque système. Les considérations de sécurité pour les mécaniciens de machines fixes sont incluses.