combustible classe 3

Conception de brûleurs et systèmes d'alimentation

• Cette formation technique approfondie porte sur les systèmes d'alimentation en combustibles industriels.
• Les mécaniciens de machines fixes de classe 3 découvriront les spécificités des systèmes d'alimentation.
• Seront étudiés les systèmes d'alimentation en gaz naturel (200-300 kPa), en huile légère et lourde (#2 et #6), et en charbon pulvérisé.
• Les composants critiques comme les collecteurs, les régulateurs de pression, les débitmètres et les dispositifs de sécurité seront examinés en détail.
• L'attention sera portée sur les normes de sécurité CSA-B149.1 et les procédures d'opération sécuritaire des différents types de brûleurs.

Système d'alimentation en gaz combustible

• Le gaz naturel entre à une pression de 280 kPa (40 PSI) avec double vanne de sécurité et manomètre de surveillance.
• Des vannes électromagnétiques à fermeture rapide avec détecteur de fuite intégré arrêtent l'urgence en moins de 1 seconde.
• Un débitmètre massique numérique avec précision de ±1% est couplé à des capteurs de température et un régulateur électronique de pression.
• Les brûleurs modulaires à prémélange avec pression d'opération variable fonctionnent de 7 kPa (faible charge) à 70 kPa (pleine charge), le ratio air-gaz étant contrôlé électroniquement.

Composants du système de gaz

• Des robinets de contrôle et de sectionnement permettent de réguler le débit de gaz de 280 kPa à l'entrée jusqu'à 7-70 kPa pour les brûleurs.
• Ils ont un système de verrouillage de sécurité double
• Des évents automatiques s'activent en moins de 2 secondes pour évacuer le gaz en cas de surpression dépassant 300 kPa ou de fermeture d'urgence des robinets.
• Les instruments de mesure incluent des débitmètres (plage 0-1000 m³/h) et des manomètres digitaux (0-400 kPa) avec alarmes intégrées et transmission des données en temps réel.
• Des régulateurs de pression maintiennent automatiquement la pression entre 7 et 70 kPa selon la demande des brûleurs, avec un système de bypass pour la maintenance.

Types de brûleurs à gaz

• Les brûleurs à injecteurs multiples fonctionnent avec 8-12 injecteurs disposés en cercle à 45° d'angle.
• Ils opèrent à une pression de 15-20 bar avec une efficacité de combustion de 95%.
• Ils sont idéaux pour les chaudières de grande capacité (>5MW).
• Les brûleurs annulaires ont un anneau de 30-40 cm de diamètre avec 24-36 perforations de 2mm.
• Ils maintiennent une température de flamme stable entre 800-1200°C.
• Ils intègrent un système d'auto-ventilation connecté aux évents automatiques.
• Les brûleurs à faible NOx réduisent les émissions de NOx à moins de 30ppm grâce à la recirculation des gaz.
• La température de flamme est contrôlée à 1400°C maximum et ils sont compatibles avec les régulateurs de pression standards de 0,5-2 bar.

Système d'alimentation en huile combustible

• Les réservoirs de stockage stockent l'huile lourde à 20-25°C avec une capacité de 50 000 à 100 000 litres selon l'installation.
• Ils sont équipés de systèmes de contrôle de niveau et de température pour maintenir l'huile dans des conditions optimales.
• Les réchauffeurs chauffent l'huile lourde de 20°C à 95-110°C pour réduire sa viscosité.
• Ils utilisent des échangeurs thermiques à vapeur avec régulation automatique de température pour garantir une viscosité idéale de 12-15 cSt.
• Les pompes sont un système double avec pompe principale et pompe de secours.
• Elles délivrent une pression de 20-25 bars avec un débit ajustable de 500-2000 L/h et sont équipées de filtres intégrés de 50 microns pour protéger les brûleurs.
• Les brûleurs atomisent l'huile en gouttelettes de 20-50 microns grâce à des buses spéciales.
• Ils fonctionnent avec un excès d'air de 15-20% pour une combustion optimale et ont une capacité modulable de 500 kW à 5 MW selon la demande thermique.

Composants du système d'huile

• Les réservoirs ont une capacité de stockage de 1-3 semaines d'huile combustible à température contrôlée.
• Les réchauffeurs maintiennent l'huile lourde à 95-120°C pour optimiser la viscosité.
• Les pompes fournissent une pression de 20-30 bars pour l'atomisation efficace.
• Les filtres éliminent les particules jusqu'à 5 microns pour protéger les brûleurs.

Types de brûleurs à huile

• L'atomisation mécanique utilise la pression hydraulique (20-30 bars) pour pulvériser l'huile en gouttelettes de 20-50 microns.
• Elle offre une excellente efficacité de combustion et un contrôle précis du débit de carburant, et est idéale pour les chaudières de moyenne puissance.
• L'atomisation par vapeur ou air utilise de la vapeur (3-5 bars) ou de l'air comprimé (6-8 bars) pour fragmenter l'huile.
• Elle permet une atomisation plus fine et une combustion plus propre, particulièrement adaptée aux huiles lourdes, et réduit les émissions de NOx de 30%.
• Le brûleur à coupelle rotative utilise la force centrifuge à haute vitesse (5000-10000 tr/min) pour pulvériser l'huile.
• Ceci assure une distribution uniforme du carburant et s'adapte aux variations de viscosité, et est particulièrement efficace pour les installations industrielles de grande capacité.

Système d'alimentation en charbon

• La réception et le stockage consistent en la réception du charbon brut par wagons ou camions, puis son stockage dans des silos verticaux de 500-1000 tonnes ou des tas à ciel ouvert protégés contre les intempéries.
• Le transport consiste en des convoyeurs à bande en caoutchouc de 500-800mm de largeur qui transportent le charbon à une vitesse de 1-2 m/s vers les stations de broyage.
• Le broyage consiste en des broyeurs à boulets ou à rouleaux qui réduisent le charbon en poudre fine de 75 microns, avec une capacité de 5-10 tonnes par heure.
• L'alimentation consiste à transporter pneumatiquement le charbon pulvérisé à 20-25 m/s vers les brûleurs, avec un système de dosage précis pour optimiser la combustion.

Composants du système de charbon

• Le système d'alimentation en charbon est composé de plusieurs éléments essentiels.
• Les zones de stockage peuvent contenir jusqu'à plusieurs milliers de tonnes de charbon brut dans des tas ou des silos couverts.
• Les convoyeurs à bande robustes, d'une longueur pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres, transportent le charbon vers les broyeurs.
• Ces broyeurs industriels réduisent le charbon en une poudre fine (moins de 75 microns) pour optimiser la combustion.
• Enfin, les brûleurs spécialisés, équipés de systèmes de soufflage à haute pression, injectent le charbon pulvérisé dans la chambre de combustion selon différentes configurations (horizontale, verticale ou tangentielle).

Types de brûleurs à charbon pulvérisé

• Les brûleurs à chauffe horizontale sont installés à une hauteur de 2-3m sur les parois avant ou arrière.
• La flamme horizontale atteint 3-4m de longueur avec une température de 1300-1500°C et sont idéaux pour les chaudières de moyenne puissance (100-300 MW).
• Les brûleurs à chauffe verticale sont montés dans la voûte à 8-10m de hauteur.
• La flamme descend verticalement puis forme un U caractéristique avec une température de combustion de 1400-1600°C, ils sont particulièrement efficaces pour les grandes chaudières industrielles (>300 MW).
• La chauffe tangentielle a une configuration de 4-8 brûleurs positionnés aux coins, créant des flammes tangentes qui forment un vortex au centre du foyer.
• Un mélange air-charbon optimisé assure une température uniforme de 1500-1700°C et une excellente efficacité de combustion (>98%).

Foyers à cyclone

• La conception consiste en un cylindre horizontal de 2-3m de diamètre, refroidi par circulation d'eau pressurisée dans une double paroi en acier.
• Le combustible est du charbon broyé grossièrement (5-7 mm), avec injection d'air primaire à 15-20% et secondaire à 80-85% du débit total.
• La rotation du mélange air-charbon se fait à 20-25 m/s, engendrant une combustion intensive à 1600-1700°C avec des temps de séjour de 0,2-0,3 secondes.
• Les avantages incluent une capture de 80-85% des cendres dans les scories et une réduction de 30-40% de l'énergie de broyage par rapport aux foyers classiques.

Types de broyeurs de charbon

• Les broyeurs à boulets sont des cylindres rotatifs de 3-6 mètres contenant des boulets d'acier de 25-150 mm.
• Ils ont une capacité de broyage jusqu'à 200 tonnes/heure et sont idéaux pour obtenir une finesse de 70-90% passant au tamis de 75 microns.
• Les broyeurs par impact sont des systèmes à marteaux tournant à 750-1500 tr/min avec une capacité de 50-75 tonnes/heure.
• Ils sont excellents pour le charbon tendre avec une teneur en humidité inférieure à 8% et ont une consommation énergétique optimisée de 8-12 kWh/tonne.
• Les broyeurs à chemin de roulement ont une table rotative avec 2-3 rouleaux de broyage de 800-1200 mm.
• Ils permettent un contrôle précis de la granulométrie (85-95% < 75 microns) et sont parfaits pour les charbons moyennement durs avec une capacité de 15-40 tonnes/heure.

Chargeurs à alimentation par en dessous

• Le principe de fonctionnement inclut un charbon poussé par une vis sans fin sous le lit de combustion à 800-1000°C, avec de l'air primaire injecté à travers des tuyères latérales pour une combustion optimale.
• Les types principaux incluent des modèles à cornue unique (capacité 2-5 t/h) pour petites chaudières et un système à cornues multiples (jusqu'à 20 t/h) avec 4-6 points d'alimentation pour installations industrielles.
• On y retrouve une réduction de 60% des émissions de fumée, une combustion complète des matières volatiles à 95%, un contrôle précis du débit de combustible et une excellente efficacité thermique de 80-85%.

Chargeurs à alimentation par le dessus

• Un chargeur-épandeur projette le charbon uniformément sur toute la surface de la grille à des vitesses contrôlées de 20-30 m/s.
• Il est conçu avec une distribution qui utilise des ailettes rotatives à 300-500 tr/min avec système de régulation de vitesse intégré.
• Les avantages de ces chargeurs sont qu'ils sont versatiles pour différentes granulométries (5-50mm), ont une réponse rapide aux changements de charge, et possèdent une efficacité thermique améliorée de 15-20%.
• Ce système assure une distribution optimale du combustible tout en permettant un contrôle précis du processus de combustion et la conception robuste permet une maintenance réduite et une durée de vie prolongée.

Chargeurs à alimentation transversale

• Le principe est une grille mobile qui avance à une vitesse de 3-5 m/h, transportant progressivement le charbon de l'avant vers l'arrière du foyer optimisant la combustion sur toute la longueur de la grille.
• Les composants incluent une trémie d'alimentation de 2-3 m³, une grille mobile en acier réfractaire, des pignons d'entraînement à vitesse variable (0-10 tr/min), et 3-4 zones d'air distinctes pour un contrôle précis de la combustion primaire et secondaire.
• Les avantages sont un contrôle précis de la combustion grâce aux zones d'air indépendantes, une élimination continue des cendres permettant un fonctionnement ininterrompu de 24h, et une capacité d'adaptation aux variations de qualité du charbon (5-30% d'humidité).