Systèmes de Régulation des Chaudières

Systèmes de Régulation des Chaudières

• Cette présentation détaille les systèmes de régulation des chaudières.
• L'accent est mis sur la régulation du niveau d'eau, de la combustion et de la température de vapeur.
• Ces systèmes garantissent la sécurité, l'efficacité et la fiabilité des installations de production de vapeur.
• Les principes fondamentaux et les technologies avancées permettent un contrôle précis des paramètres critiques.

Régulation Tout ou Rien de l'Eau d'Alimentation

• Dans ce type de commande, l'alimentation en eau de la chaudière se fait de manière intermittente.
• Cela se fait soit en ouvrant ou en fermant complètement un robinet dans la conduite d'eau, soit en démarrant ou en arrêtant la pompe d'eau.
• Le système utilise deux interrupteurs de niveau.
• Un interrupteur à deux fils alimente la pompe à eau.
• Un interrupteur à trois fils coupe le combustible en cas de bas niveau d'eau.
• Cette régulation est souvent appelée marche-arrêt.
• Le niveau d'eau fluctue en continu entre des limites prédéterminées.

Système de Régulation à un Élément

• Le principe de mesure du niveau d'eau est semblable à celui d'un indicateur de niveau à distance, mais un transmetteur de pression différentielle est utilisé.
• Une hauteur d'eau constante est maintenue d'un côté d'un diaphragme, tandis que l'autre côté est exposé à la hauteur variable.
• Un changement du niveau d'eau cause une variation proportionnelle du signal du transmetteur.
• Ce signal est comparé au point de consigne du régulateur, et le robinet de contrôle est ajusté pour corriger le niveau.
• Ce type de régulation est adapté lorsque le tableau de contrôle est éloigné de la chaudière.
• Il convient aux chaudières à tubes d'eau fonctionnant à une pression inférieure à 1700 kPa et à des capacités inférieures à 50 000 kg/heure.

Phénomènes de Renflement et Retrait

• Une augmentation rapide de la charge provoque une chute de pression dans le ballon, réduisant la température d'ébullition.
• L'énergie déjà présente convertit plus d'eau en vapeur, augmentant le volume de bulles et faisant monter le niveau.
• Une diminution du taux d'allumage augmente la pression et le point d'ébullition, réduisant le rapport vapeur-eau.
• Les bulles de vapeur s'effondrent, diminuant le niveau d'eau.
• Le système à un élément réagit de manière opposée aux besoins, réduisant l'eau en cas de renflement et l'augmentant en cas de retrait, créant un niveau instable.

Régulation à Deux Éléments

• Un transmetteur de débit de vapeur est ajouté au système à un élément.
• Les deux éléments sont le niveau du ballon et le débit de vapeur.
• Le transmetteur de débit détecte immédiatement les variations de charge.
• Augmente le débit de vapeur pour maintenir le robinet plus ouvert.
• Produit un signal proportionnel, utilisé par un régulateur de calcul.
• Lors d'une augmentation de charge, le signal de débit de vapeur outrepasse le signal de niveau du ballon, maintenant le robinet plus ouvert.
• L'inverse se produit lors d'une diminution de charge.

Amélioration du Système à Deux Éléments

• Un régulateur enregistreur est ajouté pour maintenir le niveau au point de consigne.
• Ce régulateur est proportionnel plus intégral et ramène le niveau au point de consigne une fois les effets du renflement ou du retrait surmontés.
• En conséquence, il anticipe ce qui arrivera au niveau du ballon avec un changement de charge et il agit en conséquence pour éviter les grandes fluctuations de niveau.
• Ce système offre une meilleure stabilité du niveau d'eau, même lors de fortes variations de charge.
• Ce dernier diminue également les risques d'arrêts imprévus causés par des niveaux d'eau trop bas ou trop élevés.

Régulation à Trois Éléments

• Le système de régulation à trois éléments est une amélioration du système à deux éléments, surmontant les effets de renflement et de retrait.
• Le débit de vapeur et d'eau sont mesurés par une plaque à orifice et un transmetteur de pression différentielle.
• Un extracteur de racine carrée produit un signal proportionnel au débit.
• Tout changement du débit de vapeur est immédiatement détecté, et le débit d'eau est corrigé en prévision d'une chute du niveau, permettant une régulation plus précise.

Fonctionnement du Système à Trois Éléments

• Les signaux des transmetteurs de débit de vapeur et d'eau sont comparés dans un relais de calcul.
• Toute différence entraîne une modification du signal du relais, qui devient le signal de point de consigne pour le régulateur de niveau.
• Une augmentation de la charge entraîne l'augmentation du débit de vapeur et du signal du relais de calcul.
• Le signal du régulateur change pour augmenter le débit d'eau immédiatement, contrant les effets du renflement.
• Si la pression de l'eau varie, le système ajuste automatiquement le débit pour maintenir l'équilibre.
• Le transmetteur de niveau effectue des corrections finales après les effets transitoires.

Système de Régulation de la Combustion

• Dans un réglage à pression directe, adapté aux chaudières où le débit de combustible est difficile à mesurer, un régulateur principal de pression de vapeur ajuste simultanément le débit de combustible et d'air selon les variations de charge.
• Dans le positionnement parallèle, un régulateur ajuste simultanément le débit d'air et de combustible sans mesurer les quantités réelles, comparant la pression de la chaudière à un point de consigne.
• L'analyse périodique des gaz de combustion assure l'alimentation adéquate en excès d'air.
• Un analyseur d'oxygène peut être utilisé pour indiquer l'excès d'oxygène et améliorer le rendement.

Régulation de la Combustion à Débit Vapeur-Débit Air

• Mesurer et comparer le débit de vapeur et d'air permet une combustion efficace avec un bon rapport vapeur/air.
• Ce type de régulation convient aux installations où le débit de combustible est difficile à mesurer, comme avec le charbon alimenté au foyer.
• Le débit d'air est mesuré et maintenu dans un rapport avec le débit de vapeur.
• Lors d'un changement, le régulateur envoie un signal simultanément pour ajuster des éléments régulant le débit de combustible et le registre du ventilateur.
• Un régulateur de rapport corrige le débit d'air si nécessaire.

Régulation à Débit Combustible-Débit Air

• Les débits de combustible et d'air sont mesurés et convertis en signaux proportionnels par des extracteurs de racine carrée.
• Ce système suppose un pouvoir calorifique constant, multipliant le signal de débit de combustible pour obtenir l'excès d'air requis.

Réponse aux Variations de Charge

• En cas de diminution de pression due à une augmentation de charge, le signal du régulateur principal augmente immédiatement le débit de combustible et d'air.
• Le signal vers le registre d'air est modulé par un relais.
• Une fois la pression revenue à la consigne, le système stabilise les débits aux nouvelles valeurs, maintenant une pression stable.
• Si l'augmentation initiale du débit d'air est insuffisante, le régulateur de débit d'air effectue des ajustements additionnels via le relais de modulation pour optimiser le rapport.

Régulation à Débit d'Air-Débit de Combustible

• Le signal de débit d'air devient le point de consigne du régulateur de gaz, améliorant la sécurité.
• Le débit de gaz suit les changements du débit d'air.
• Un relais de sélection haute empêche la diminution du débit d'air sous un seuil minimal.
• L'ajustement automatique maintient le rapport air-combustible optimal.

Régulation de la Combustion à Plusieurs Éléments

• Ce système comprend des postes de transfert manuel/automatique, des extracteurs de racine carrée, des relais de sélection basse et haute, et un régulateur principal de pression avec point de consigne réglable.
• Lors d'une augmentation de charge, le débit d'air est augmenté en premier pour éviter une combustion dangereuse.
• Si le débit d'air fait défaut le robinet de combustible se ferme, assurant la sécurité.
• Un générateur de fonction ajuste le point de consigne du régulateur d'O2 pour que l'excès d'air soit légèrement réduit lorsque la charge augmente, améliorant ainsi le rendement.

Méthodes de Régulation de la Température de Vapeur

• Le désurchauffe contrôle la température en éliminant la chaleur, soit par des désurchauffeurs à surface, soit par contact direct.
• La recirculation de gaz maintient la température voulue à charges partielles en recirculant une portion du gaz de combustion jusqu'à la partie inférieure du foyer.
• La dérivation de gaz sépare en deux la section de convection, permettant de varier la proportion de gaz sur le surchauffeur.
• Les brûleurs inclinables permettent de régler l'inclinaison de la flamme, modifiant l'absorption de chaleur.

Désurchauffeurs à Surface

• Ils contrôlent la température en éliminant la chaleur, le milieu réfrigérant étant séparé de la vapeur par une surface de tube.
• Le type condenseur a des tubes dans le collecteur d'entrée.
• Le type à calandre a une calandre cylindrique.
• Le type à ballon utilise des tubes dans un des ballons de la chaudière.
• Ces systèmes ont des limitations : échelle limitée de régulation, coûts élevés, difficultés d'inspection ou espace occupé important.

Désurchauffeur à Contact Direct

• Il introduit l'eau d'alimentation dans la vapeur par une buse de pulvérisation.
• La pulvérisation se vaporise, se mélange à la vapeur, et la refroidit.
• La buse est située dans un venturi, et un manchon thermique protège la tuyauterie.
• L'eau doit être de haute qualité pour éviter les dépôts dans le surchauffeur et la turbine.
• La concentration totale de matières solides < 2,5 ppm.

Positionnement et Avantages du Désurchauffeur

• Le modèle de pulvérisation est généralement placé entre les étages du surchauffeur.
• II n'est donc pas soumis aux températures excessives.
• Le surchauffeur est conçu pour les basses charges ; la désurchauffe est nécessaire pour les charges plus élevées, afin de maintenir la température souhaitée.
• Le type à contact direct ou à pulvérisation agit rapidement, est sensible et peu coûteux, mais doit être alimenté en eau d'une pureté élevée afin d'empêcher les dépôts.

Recirculation du Gaz

• Cette méthode maintient la température de la vapeur souhaitée à des charges partielles.
• Une partie du gaz de combustion de l'économiseur est remise en circulation vers la partie inférieure du foyer à l'aide d'un ventilateur de recirculation.
• Le gaz se mélange au gaz de combustion dans le foyer, ce qui réduit l'absorption de chaleur du foyer et fait baisser la température du gaz.
• Le débit total accru acheminerait une plus grande quantité de chaleur vers les surfaces de convection, maintenant ainsi la température de consigne, y compris dans le cas de charges plus faibles.

Dérivation de Gaz et Brûleurs Inclinables

• La technique de dérivation comprend la séparation du gaz en passages parallèles.
• La proportion de gaz circulant vers le surchauffeur et le réchauffeur peut être modifiée en ajustant des vollets de régulation, ce qui permet de contrôler la température de la vapeur.
• Les brûleurs peuvent être réglés de manière à incliner la flamme vers le haut ou vers le bas.
• Lorsque les charges sont importantes, les brûleurs sont inclinés de manière à réduire l'absorption de chaleur, faisant ainsi baisser la température dans le foyer.
• Lorsque les charges sont faibles, l'inclinaison se fait plutôt vers le haut.
• Ces méthodes permettent de maintenir la température de vapeur à un niveau constant, même en présence de variations de charge.
• Elles favorisent également l'efficacité de la turbine et les dommages qui seraient autrement causés par les fluctuations de température.

Régulations de Programmation

• Les chaudières munies de veilleuses intermittentes ou interrompues ou les systèmes d'allumage direct par étincelle sont munies de régulations régissant le bon déroulement des opérations lorsqu'on allume ou on éteint l'appareil afin d'en assurer un fonctionnement harmonieux.
• Ces normes contribuent également à faire en sorte que toutes les conditions requises pour que les brûleurs fonctionnent correctement soient respectées.
• Ces dernières comprennent des caractéristiques relatives à un démarrage sécuritaire.
• Elles arrêtent également le processus s'il n'est pas tout à fait terminé.

Purge du Foyer

• La purge consiste à faire circuler de force de l'air dans le foyer pendant une période déterminée dans le but d'enlever tout le gaz combustible qui s'y serait accumulé, réductions ainsi les risques d'explosion lors du rallumage du pilote.

Séquence de Marche de la Régulation Programmée

• Avant de démarrer, le niveau d'eau de la chaudière doit être normal, les deux interrupteurs de coupure en cas de manque d'eau doivent être fermés.
• À pression constante, la pression de la vapeur doit être inférieure au point de coupure de la régulation de marche et la pression du combustible dans la conduite d'alimentation doit être normale.
• Leurs interrupteurs doivent être entièrement fermés.
• L'interrupteur principal doit être fermé, en vue de mettre le circuit électronique et l'alimentation sous tension sur différents interrupteurs de régulation, permettant ainsi que la démarche de démarrage de la séquence en question puisse être lancée, sans heurts.

Séquence de Démarrage

• Pour démarrer la chaudière, fermer d'abord l'interrupteur de démarrage.
• Cette action mettra sous tension le relais principal, qui, à son tour, ouvrira l'interrupteur B et fermera l'interrupteur A.
• Le moteur de la minuterie est alors actionné par une source d'alimentation. La minuterie fermera ensuite l'interrupteur qui met sous tension le transformateur de l'allumeur, puis ouvrira l'interrupteur qui ouvre le robinet pilote.
• La flamme pilote s'allumera, le scanner la détectera, puis fermera l'interrupteur de défaut de flamme.
• La minuterie fermera ensuite le commutateur du moteur du ventilateur et démarrera ce dernier.
• Une période de purge permet d'éliminer tout gaz combustible accumulé dans le foyer, ce qui assure un démarrage sécuritaire.
• Après l'établissement de la flamme dans le pilote, la minuterie fermera l'interrupteur final qui met sous tension la bobine du robinet du brûleur principal.
• Le brûleur s'allume avec une flamme.
• Le mode de fonctionnement normal sera enclenché sur le système.

Séquence d'Arrêt

• Lorsque la pression de la vapeur atteint le point de coupure de la régulation, l'interrupteur s'ouvre, interrompant du même coup le circuit sur le brûleur.
• La bobine du robinet, débranchée, se fermera, coupant la flamme et le scanner ne détectera plus la flamme, le circuit électronique sera interrompu et l'interrupteur de défaut de flamme s'ouvrira.
• Le relais principal est mis hors tension, ce qui changera du même coup la position des interrupteurs qui y sont associés.
• Le régleur de programme se remettra en marche et, à la suite d'une période de post-purge, il ouvrira le commutateur du ventilateur avant de l'arrêter.
• Le système est alors prêt à fonctionner sous un nouveau cycle une fois que la pression sera redescendue à son point de coupure.