Conception de brûleurs et Systèmes d'alimentation PDF

Conception de brûleurs et systèmes d'alimentation Bienvenue à cette formation technique approfondie sur les systèmes d'alimentation en combustibles industriels. En tant que mécaniciens de machines fixes de classe 3, vous découvrirez les spécificités des systèmes d'alimentation en gaz naturel (200-30...

Conception de brûleurs et systèmes d'alimentation Bienvenue à cette formation technique approfondie sur les systèmes d'alimentation en combustibles industriels. En tant que mécaniciens de machines fixes de classe 3, vous découvrirez les spécificités des systèmes d'alimentation en gaz naturel (200-300 kPa), des systèmes d'huile légère et lourde (#2 et #6), ainsi que des systèmes d'alimentation en charbon pulvérisé. Nous examinerons en détail les composants critiques comme les collecteurs, les régulateurs de pression, les débitmètres et les dispositifs de sécurité. Une attention particulière sera portée aux normes de sécurité CSA-B149.1 et aux procédures d'opération sécuritaire des différents types de brûleurs. FL par francois lajoie-levesque Système d'alimentation en gaz combustible Collecteur de gaz principal Le gaz naturel entre à une pression de 280 kPa (40 PSI) avec 1 double vanne de sécurité et manomètre de surveillance Robinets de sectionnement automatiques Vannes électromagnétiques à fermeture rapide avec 2 détecteur de fuite intégré pour l'arrêt d'urgence en moins de 1 seconde Système de mesure et contrôle Débitmètre massique numérique avec précision de ±1%, 3 couplé à des capteurs de température et un régulateur électronique de pression Assemblage des brûleurs Brûleurs modulants à prémélange avec pression 4 d'opération variable de 7 kPa (faible charge) à 70 kPa (pleine charge), ratio air-gaz contrôlé électroniquement Composants du système de gaz 1 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, avec système de verrouillage de sécurité double 2 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 3 Instruments de mesure Débitmètres (plage 0-1000 m³/h), manomètres digitaux (0-400 kPa) avec alarmes intégrées et transmission des données en temps réel 4 Régulateurs de pression Maintiennent automatiquement la pression entre 7 et 70 kPa selon la demande des brûleurs, avec système de bypass pour maintenance Types de brûleurs à gaz Brûleur à injecteurs Brûleur annulaire Brûleurs à faible NOx multiples Anneau de 30-40 cm de diamètre Réduit les émissions de NOx à Fonctionne avec 8-12 injecteurs avec 24-36 perforations de 2mm. moins de 30ppm grâce à la disposés en cercle à 45° d'angle. Maintient une température de recirculation des gaz. Température Opère à une pression de 15-20 bar flamme stable entre 800-1200°C. de flamme contrôlée à 1400°C avec une efficacité de combustion Intègre un système d'auto- maximum. Compatible avec les de 95%. Idéal pour les chaudières de ventilation connecté aux évents régulateurs de pression standards grande capacité (>5MW). automatiques. de 0,5-2 bar. Système d'alimentation en huile combustible 1 Réservoirs de stockage Stockent l'huile lourde à 20-25°C avec une capacité de 50 000 à 100 000 litres selon l'installation. Équipés de systèmes de contrôle de niveau et de température pour maintenir l'huile dans des conditions optimales. 2 Réchauffeurs Chauffent l'huile lourde de 20°C à 95-110°C pour réduire sa viscosité. Utilisent des échangeurs thermiques à vapeur avec régulation automatique de température pour garantir une viscosité idéale de 12-15 cSt. 3 Pompes Système double avec pompe principale et pompe de secours. Délivrent une pression de 20-25 bars avec un débit ajustable de 500-2000 L/h. Équipées de filtres intégrés de 50 microns pour protéger les brûleurs. 4 Brûleurs Atomisent l'huile en gouttelettes de 20-50 microns grâce à des buses spéciales. Fonctionnent avec un excès d'air de 15-20% pour une combustion optimale. Capacité modulable de 500 kW à 5 MW selon la demande thermique. Composants du système d'huile Réservoirs Réchauffeurs Pompes Capacité de stockage de 1-3 Maintiennent l'huile lourde Fournissent une pression de semaines d'huile à 95-120°C pour optimiser la 20-30 bars pour combustible à température viscosité l'atomisation efficace contrôlée Filtres Éliminent les particules jusqu'à 5 microns pour protéger les brûleurs Ces composants forment une chaîne critique de traitement : l'huile est d'abord stockée dans les réservoirs, puis chauffée pour réduire sa viscosité, filtrée pour éliminer les impuretés, et enfin pompée à haute pression vers les brûleurs pour une combustion optimale. Types de brûleurs à huile Atomisation Atomisation par Brûleur à coupelle mécanique vapeur ou air rotative Utilise la pression hydraulique (20- Utilise de la vapeur (3-5 bars) ou de Utilise la force centrifuge à haute 30 bars) pour pulvériser l'huile en l'air comprimé (6-8 bars) pour vitesse (5000-10000 tr/min) pour gouttelettes de 20-50 microns. Offre fragmenter l'huile. Permet une pulvériser l'huile. Assure une une excellente efficacité de atomisation plus fine et une distribution uniforme du carburant combustion et un contrôle précis du combustion plus propre, et s'adapte aux variations de débit de carburant. Idéal pour les particulièrement adaptée aux huiles viscosité. Particulièrement efficace chaudières de moyenne puissance. lourdes. Réduit les émissions de pour les installations industrielles de NOx de 30%. grande capacité. Système d'alimentation en charbon Réception et stockage Le charbon brut est réceptionné par wagons ou camions puis stocké dans des silos verticaux de 500-1000 tonnes ou des tas à ciel ouvert protégés contre les intempéries Transport Des convoyeurs à bande en caoutchouc de 500-800mm de largeur transportent le charbon à une vitesse de 1-2 m/s vers les stations de broyage Broyage Des broyeurs à boulets ou à rouleaux réduisent le charbon en poudre fine de 75 microns, avec une capacité de 5-10 tonnes par heure Alimentation Le charbon pulvérisé est transporté pneumatiquement 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 Chauffe horizontale Chauffe verticale Chauffe tangentielle Les brûleurs sont installés à une Brûleurs montés dans la voûte à 8- Configuration de 4-8 brûleurs hauteur de 2-3m sur les parois avant 10m de hauteur. La flamme descend positionnés aux coins, créant des ou arrière. La flamme horizontale verticalement puis forme un U flammes tangentes qui forment un atteint 3-4m de longueur avec une caractéristique. Température de vortex au centre du foyer. Mélange température de 1300-1500°C. Idéal combustion de 1400-1600°C. air-charbon optimisé, température pour les chaudières de moyenne Particulièrement efficace pour les uniforme de 1500-1700°C. puissance (100-300 MW). grandes chaudières industrielles Excellente efficacité de combustion (>300 MW). (>98%). Foyers à cyclone Fonctionnemen Combustible t Charbon broyé Rotation du mélange air- grossièrement (5-7 mm), charbon à 20-25 m/s, Avantages Conception avec injection d'air primaire combustion intensive à Capture 80-85% des à 15-20% et secondaire à 1600-1700°C avec temps de Cylindre horizontal de 2-3m cendres dans les scories, 80-85% du débit total séjour de 0,2-0,3 secondes de diamètre, refroidi par réduction de 30-40% de circulation d'eau l'énergie de broyage par pressurisée dans une rapport aux foyers double paroi en acier classiques 2 3 1 4 Types de broyeurs de charbon Broyeur à boulets Broyeur par impact Broyeur à chemin de Cylindre rotatif de 3-6 mètres Système à marteaux tournant à 750- roulement contenant des boulets d'acier de 25- 1500 tr/min avec une capacité de 50- Table rotative avec 2-3 rouleaux de 150 mm. Capacité de broyage jusqu'à 75 tonnes/heure. Excellent pour le broyage de 800-1200 mm. Permet un 200 tonnes/heure. Idéal pour obtenir charbon tendre avec une teneur en contrôle précis de la granulométrie une finesse de 70-90% passant au humidité inférieure à 8%. (85-95% < 75 microns). Parfait pour tamis de 75 microns. Consommation énergétique les charbons moyennement durs avec optimisée de 8-12 kWh/tonne. une capacité de 15-40 tonnes/heure. Chargeurs à alimentation par en dessous Principe de fonctionnement Le charbon est poussé par une vis sans fin sous le lit de combustion à 800-1000°C. L'air primaire 1 est injecté à travers des tuyères latérales pour une combustion optimale Types principaux Modèle à cornue unique (capacité 2-5 t/h) pour petites chaudières, et 2 système à cornues multiples (jusqu'à 20 t/h) avec 4-6 points d'alimentation pour installations industrielles Avantages opérationnels Réduction de 60% des émissions de fumée, combustion complète des matières volatiles à 95%, contrôle précis 3 du débit de combustible et excellente efficacité thermique de 80-85% Chargeurs à alimentation par le dessus Chargeur-épandeur Projette le charbon uniformément sur toute la surface de la grille à des 1 vitesses contrôlées de 20-30 m/s Distribution 2 Utilise des ailettes rotatives à 300-500 tr/min avec système de régulation de vitesse intégré Avantages Versatile pour différentes granulométries (5-50mm), 3 réponse rapide aux changements de charge, efficacité thermique améliorée de 15-20% Ce système moderne d'alimentation assure une distribution optimale du combustible tout en permettant un contrôle précis du processus de combustion. La conception robuste permet une maintenance réduite et une durée de vie prolongée. Chargeurs à alimentation transversale 1 Principe 2 Composants La grille mobile avance à Trémie d'alimentation de une vitesse de 3-5 m/h, 2-3 m³, grille mobile en transportant acier réfractaire, pignons progressivement le d'entraînement à vitesse charbon de l'avant vers variable (0-10 tr/min), et l'arrière du foyer. Cette 3-4 zones d'air distinctes progression permet une pour un contrôle précis combustion optimale sur de la combustion toute la longueur de la primaire et secondaire. grille. 3 Avantages Contrôle précis de la combustion grâce aux zones d'air indépendantes, élimination continue des cendres permettant un fonctionnement ininterrompu de 24h, et capacité d'adaptation aux variations de qualité du charbon (5-30% d'humidité).