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LE GICLEUR FIOUL. J-M R. D-BTP. 2006. Rôle du gicleur. Description et fonctionnement du gicleur. Détermination du gicleur et de la pression de pompe. Détermination de l’angle et du cône du gicleur. Maintenance des gicleurs. Conseils. Rôle du gicleur. - PowerPoint PPT Presentation
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1
LE GICLEUR FIOUL
J-M R. D-BTP 2006
2
Rôle du gicleur
Description et fonctionnement du gicleur
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
Maintenance des gicleurs
Conseils
Détermination de l’angle et du cône du gicleur
3
Rôle du gicleur
Bien que le fioul soit considéré comme un liquide inflammable, seules ses vapeurs peuvent s’enflammer.
Un liquide ne peut se vaporiser qu’à sa surface, il est donc indispensable de donner au fioul liquide une très grande surface pour qu’il puisse se vaporiser rapidement même à basse température.
La méthode employée pour augmenter la surface du fioul est de le transformer en très fines gouttelettes qui, ensemble, formeront une très grande surface.
Un litre de fioul pulvérisé donne 15 à 20 milliards de gouttelettes représentant une surface développée de 500 m²
4
Rôle du gicleur
Les rôles du gicleur sont :
- de pulvériser le fioul en très petites gouttelettes afin de rendre possible son inflammation à une température inférieure au point d’éclair du produit ( 55 °C minimum ),
- de répartir les gouttelettes selon la forme de flamme souhaitée,
- d’assurer par son diamètre d’orifice et la pression de pulvérisation un débit de combustible réglable et stable.
Toutes ces fonctions sont assurées par des pièces mécaniques ajustées avec une grande précision.
5
Deux types de gicleurs :
Description et fonctionnement du gicleur
Acier Laiton
6
Composition d’un gicleur
Description et fonctionnement du gicleur
7
Fonctionnement du gicleur
Le fioul sous pression traverse le filtre et la vis de blocage, il se répartit autour de l’obus conique jusqu’à ses rainures.
Description et fonctionnement du gicleur
8
Le passage réduit dans les rainures tangentielles de l’obus conique augmente fortement la vitesse du fioul.
Ce qui entraîne sa mise en rotation dans la chambre située au bout de l’obus conique.
Fonctionnement du gicleur
Description et fonctionnement du gicleur
C’est la disposition des canaux tangentiels qui donnera au fioul pulvérisé son sens de rotation. On définit le sens de rotation du fioul (rotation à droite ou à gauche) en « regardant » la pulvérisation depuis l’intérieur du brûleur. La plupart des gicleurs donnent une rotation à droite, certains comme les « Delavan » ont une rotation à gauche.
9
Fonctionnement du gicleur
A l’orifice du gicleur, le fioul se répartit selon un angle résultant de la force due à la pression de sortie et à la force centrifuge due à la rotation rapide du fioul dans l’orifice.
Description et fonctionnement du gicleur
10
Fonctionnement du gicleur
Le débit du gicleur est directement lié au diamètre de l’orifice
L’épaisseur de la veine de fioul est fonction de la viscosité du fioul
Description et fonctionnement du gicleur
11
Fonctionnement du gicleur
Pour une même pression, si la viscosité diminue, l’épaisseur de la veine de fioul diminue aussi donc le débit du gicleur diminue .
Le réchauffage du fioul diminue la viscosité du fioul. Le débit de fioul diminue de 15 à 20 % selon la température de réchauffage.
Description et fonctionnement du gicleur
12
Description et fonctionnement du gicleur
Processus hydrodynamique de la pulvérisation en fonction de la pression.
Malgré l’incompressibilité des liquides, la pression définitive de pulvérisation ne s’établira pas instantanément lors de l’ouverture de l’électrovanne.
Ce retard s’explique par :
- le remplissage de la ligne gicleur,
- l’élasticité des composants de la ligne gicleur,
- le temps de réaction du régulateur de pression,
- la présence possible de micro bulles de gaz dans le fioul.
Ce phénomène appelé « pissette » est observable à la mise sous pression par l’électrovanne mais aussi à la coupure et explique en grande partie les dépôts de fioul cokéfié sur la sole de la chaudière, l’accroche flamme et le tube d’air du brûleur car le fioul non pulvérisé n’est pas brûlé.
13
Description et fonctionnement du gicleur
Pression très faible dans la chambre de rotation, la vitesse tangentielle est insuffisante pour établir le tourbillonnement.
La pression augmente, le tourbillonnement s’amorce, apparition de ventres sur le jet de fioul.
La pression croit encore, la grosseur des ventres augmente et leur nombre diminue.
La pression se stabilise à environ 10 bar, le ventre se referme encore sous l’action de la tension superficielle puis éclate en jet conique.
14
Description et fonctionnement du gicleur
Solutions techniques apportées par les fabricants de brûleurs :
- limitation du volume des lignes fioul après l’électrovanne,
- inclinaison de la fixation du brûleur pour lui donner une pente vers le foyer de la chaudière,
- perçage du canon du brûleur en partie basse pour évacuation du fioul dans la chambre de combustion (attention lors de l’installation du brûleur dans des positions autres que la normale),
- système chargé de vider rapidement la ligne gicleur à l’arrêt du brûleur.
Solution technique apportée par les fabricants de gicleurs :
- système « drop stop » qui se monte en lieu et place du filtre gicleur
15
Les indications inscrites sur le gicleur :
- la marque,
- le débit,
- l’angle de pulvérisation,
- le spectre de la pulvérisation.
0.60 USg/h
60° RMonarch
Description et fonctionnement du gicleur
16
La marque
D’autres marques sont disponibles :
- Danfoss
- Steinen
- Hago
- Fluidics
- Delavan
- ……
0.60 USg/h
60° RMonarch
Description et fonctionnement du gicleur
17
Le débit
Le débit indiqué est en gallons US par heure (3.785 L/USg) pour une pression de pulvérisation de 100 psi (7 bar) et une viscosité 7.5 cSt (à 100 °F)
0.60 USg/h
60° RMonarch
Description et fonctionnement du gicleur
18
L’angle de pulvérisation
C’est l’angle formé par le cône de fioul pulvérisé à la sortie du gicleur sous une pression de 100 psi (7 bar) et une viscosité de 7.5 cSt. On peut trouver des gicleurs avec un angle de 30°, 45°, 60°, 80°. L’angle augmente légèrement si la pression augmente.
0.60 USg/h
60° RMonarch
Description et fonctionnement du gicleur
19
L’angle de pulvérisation
0.60 U
Sg/h
60° RM
onarch
60°
Description et fonctionnement du gicleur
20
Le spectre de la pulvérisation
C’est la densité de gouttelettes dans les différentes zones du nuage de fioul pulvérisé. Chaque fabricant à son système de repérage selon le type de cône (plein, semi-plein, creux…).
0.60 USg/h
60° RMonarch
Description et fonctionnement du gicleur
21
Cône plein0.60
US
g/h60° R
Monarch
Description et fonctionnement du gicleur
22
Cône semi-plein0.60
US
g/h60° PL
PM
onarch
Description et fonctionnement du gicleur
23
Cône creux0.60
US
g/hM
onarch60° PL
Description et fonctionnement du gicleur
24
Cône pleinCône semi-
pleinCône creux
Danfoss S B H
Monarch AR-HV-R PLP PL-NS
Delavan B W A
Steinen Q-S P H-SS
Hago ES SS H-PH
Correspondance des gicleurs selon la marque
Description et fonctionnement du gicleur
marques
Type de cône
25
Marquage Normalisation Européenne kg/h
3.31
EN
70°IVDanfoss
Description et fonctionnement du gicleur
26
La marque
D’autres marques sont disponibles :
- Monarch
- Steinen
- Hago
- Fluidics
- Delavan
- ……
kg/h
3.31
EN
70°IVDanfoss
Description et fonctionnement du gicleur
27
Le débit
Le débit indiqué est en kg/h pour une pression de pulvérisation de 10 bar et une viscosité 3.4 mm²/s (à 20°C)
kg/h
3.31
EN
70°IVDanfoss
Description et fonctionnement du gicleur
28
L’angle de pulvérisation
C’est l’angle formé par le cône de fioul pulvérisé à la sortie du gicleur sous une pression de 10 bar et une viscosité de 3.4 mm²/s. On peut trouver des gicleurs avec un angle de 60°, 70°, 80°, 90°, 100°. L’angle augmente légèrement si la pression augmente.
kg/h
3.31
EN
70°IVDanfoss
Description et fonctionnement du gicleur
29
Le spectre de la pulvérisation
C’est la densité de gouttelettes dans les différentes zones du nuage de fioul pulvérisé.
Tous les fabricants sont astreints au même repérage en chiffres romains :
I répartition pleine,
II répartition semi-pleine,
III répartition semi-creuse,
IV répartition creuse.
kg/h
3.31
EN
70°IVDanfoss
Description et fonctionnement du gicleur
30
L’objectif est d’adapter la puissance fournie par le brûleur à la puissance utile de la chaudière dans le cas d’une mise en service du brûleur.
Cela peut être aussi de contrôler si la puissance calorifique du brûleur est adaptée à la puissance utile de la chaudière dans le cas de la maintenance.
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
31
Plusieurs méthodes :
- les tableaux inclus dans les notices techniques des constructeurs de brûleurs,
- les règles à calculer spécifiques fournies par les constructeurs de brûleurs,
- les abaques,
- le calcul.
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
32
Les tableaux inclus dans les notices techniques
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
Puissance
Chaudière
= 90 %
Débit gicleur
Avec réchauffeur Sans réchauffeur
GicleurPressio
n pompe
GicleurPressio
npompe
kW kg/h USg/h bar USg/h bar
15 1.4 0.40 12
20 1.9 0.50 13
25 2.35 0.60 13 0.60 11
30 2.8 0.75 12 0.65 13
35 3.3 0.85 12 0.75 13
40 3.7 1.00 11 0.85 13
45 4.2 1.10 12 1.00 12
50 4.7 1.10 14 1.10 13
55 5.2 1.25 12 1.25 12
60 5.3 1.35 12
65 6 1.50 11
70 6.6 1.50 13
75 7 1.65 12
80 7.4 1.65 14
85 8 1.75 14
33
Exemple
Puissance utile chaudière: 35 kW
Avec réchauffeur.
Puissance
Chaudière
= 90 %
Débit gicleur
Avec réchauffeur Sans réchauffeur
GicleurPressio
n pompe
GicleurPressio
npompe
kW kg/h USg/h bar USg/h bar
15 1.4 0.40 12
20 1.9 0.50 13
25 2.35 0.60 13 0.60 11
30 2.8 0.75 12 0.65 13
35 3.3 0.85 12 0.75 13
40 3.7 1.00 11 0.85 13
45 4.2 1.10 12 1.00 12
50 4.7 1.10 14 1.10 13
55 5.2 1.25 12 1.25 12
60 5.3 1.35 12
65 6 1.50 11
70 6.6 1.50 13
75 7 1.65 12
80 7.4 1.65 14
85 8 1.75 14
On choisira donc un gicleur de 0.85 USg/h et une pression de 12 bar
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
34
Les tableaux inclus dans les notices techniques
Avantages :
- facilité d’emploi
- adapté au brûleur
Inconvénients :
- manque de précision
- nécessité d’avoir la notice
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
Puissance
Chaudière
= 90 %
Débit gicleur
Avec réchauffeur Sans réchauffeur
GicleurPressio
n pompe
GicleurPressio
npompe
kW kg/h USg/h bar USg/h bar
15 1.4 0.40 12
20 1.9 0.50 13
25 2.35 0.60 13 0.60 11
30 2.8 0.75 12 0.65 13
35 3.3 0.85 12 0.75 13
40 3.7 1.00 11 0.85 13
45 4.2 1.10 12 1.00 12
50 4.7 1.10 14 1.10 13
55 5.2 1.25 12 1.25 12
60 5.3 1.35 12
65 6 1.50 11
70 6.6 1.50 13
75 7 1.65 12
80 7.4 1.65 14
85 8 1.75 14
35
Puissance fournie au générateur PCI = 10 kWh/L , rd comb = 92 %
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
Gicleur 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
0,5 17 19 20 21 22 23 24 25 25 26 27 28 29 29 30 31
0,6 21 22 24 25 26 27 28 30 31 32 33 34 34 35 36 37
0,75 26 28 30 31 33 34 36 37 38 39 41 42 43 44 45 46
0,85 30 32 34 35 37 39 40 42 43 45 46 47 49 50 51 52
1 35 37 39 42 44 46 47 49 51 53 54 56 57 59 60 62
1,5 52 56 59 62 65 68 71 74 76 79 81 84 86 88 90 93
2 70 74 79 83 87 91 95 98 102 105 109 112 115 118 121 123
2,25 78 84 89 94 98 103 107 111 115 118 122 126 129 132 136 139
2,5 87 93 99 104 109 114 119 123 127 132 136 140 143 147 151 154
3 104 112 118 125 131 137 142 148 153 158 163 168 172 177 181 185
3,5 122 130 138 146 153 160 166 172 178 184 190 195 201 206 211 216
4 139 149 158 166 175 182 190 197 204 211 217 223 229 235 241 247
4,5 157 168 178 187 196 205 214 222 229 237 244 251 258 265 271 278
5 174 186 197 208 218 228 237 246 255 263 271 279 287 294 302 309
5,5 192 205 217 229 240 251 261 271 280 290 298 307 316 324 332 340
6 209 223 237 250 262 274 285 295 306 316 326 335 344 353 362 370
6,5 226 242 257 271 284 296 308 320 331 342 353 363 373 383 392 401
7 244 261 276 291 306 319 332 345 357 369 380 391 402 412 422 432
7,5 261 279 296 312 327 342 356 369 382 395 407 419 430 441 452 463
8 279 298 316 333 349 365 380 394 408 421 434 447 459 471 483 494
9 313 335 355 375 393 410 427 443 459 474 488 503 516 530 543 556
10 348 372 395 416 437 456 475 492 510 526 543 558 574 589 603 617
11 383 409 434 458 480 502 522 542 561 579 597 614 631 647 663 679
12 418 447 474 499 524 547 569 591 612 632 651 670 688 706 724 741
13 453 484 513 541 567 593 617 640 663 684 705 726 746 765 784 803
14 488 521 553 583 611 638 664 689 714 737 760 782 803 824 844 864
15 522 558 592 624 655 684 712 739 765 790 814 838 861 883 905 926
Pression de pulvérisation en bars
36
Les règles à calculer spécifiques
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
37
Exemple Chaudière 23 kW
Rendement chaudière estimé : 90 %
En déplaçant le curseur, placer la puissance chaudière au dessus du rendement de 90 %
En lecture directe au dessous apparaît le gicleur et la pression pour du fioul non réchauffé : 0,55 USg/h - 10.5 bar
Ou pour du fioul réchauffé : 0,60 USg/h – 11,5 bar
Dans les deux cas la consommation de fioul s’élève à 2,55 L/h soit 2,15 kg/h
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
38
Les abaques constructeurs
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
39
Exemple
Puissance utile chaudière 90 kW
Rendement 90 %
PCI fioul 11.9 kWh/kg
Débit fioul 8.4 kg/h12
8.4
On choisira:
gicleur 2.00 USg/h pression 12 bar.
On aurait pu choisir:
gicleur 1.75 USg/h pression de 15 bar.
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
40
Le calcul
Plusieurs cas peuvent se présenter selon la technologie du brûleur :
- brûleur 1 allure
- brûleur 2 allures
Le brûleur a 1 gicleur fonctionnant avec 1 pression de pulvérisation
Le brûleur a 2 gicleurs avec 1 pression de pulvérisation
ou 1 gicleur et 2 pressions de pulvérisation
- brûleur 3 allures
Le brûleur a 2 gicleurs et 2 pressions de pulvérisation
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
41
Le calcul
fonctionnement tout ou rien
100 %
0 %
10
aquastat
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
42
Calcul pour 1 gicleur , 1 pression
Donnée de départ : la puissance utile de la chaudière
Exemple : 30 kW
Estimation d’un rendement de la chaudière Exemple : 0,9
La puissance calorifique à fournir à la chaudière sera : Pb = Pch / η
30 kW / 0,9 = 33,33 kW
Le débit massique de fioul Dm = Pb / PCI fioul 33,33 kW /11,9 kWh/kg = 2,8 kg/h
Il faudra donc que le gicleur pulvérise 2,8 kg /h de fioul pour obtenir la puissance utile de la chaudière
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
43
Il faut convertir le débit massique en débit volumique
Dv = Dm / masse volumique, 2,8 kg/h / 0,84 kg/L = 3,33 L/h
Le débit gicleur est exprimé en gallons US /h
1 gallon U S = 3.785 L.
Il faut effectuer la conversion du débit volumique
3,33 L/h / 3,785 L/USg = 0,88 USg/h
Le débit nécessaire est donc de 0,88 USg/h. La pression de référence pour le débit indiqué sur le gicleur est de 100 PSI soit 7 bar, il serait donc théoriquement possible d’équiper le brûleur d’un gicleur de 0,88 USg/h comme calculé mais la pression de référence de 7 bar est insuffisante pour assurer une bonne pulvérisation. On devra donc utiliser un gicleur légèrement inférieur qui nécessitera une pression de pulvérisation supérieure.
Calcul pour 1 gicleur , 1 pression
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
44
USg/h L/h 30° 45° 60° 80°
0.4 1.51
0.45 1.70
0.50 1.89
0.55 2.08
0.60 2.27
0.65 2.46
0.75 2.83
0.85 3.21
1.00 3.785
Le gicleur de 0.88 USg/h n’existe pas.
Il faut donc choisir un gicleur inférieur. Ce qui obligera à remonter la pression de pulvérisation
Au feeling, on peut choisir un gicleur de 0.65 USg/h
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
45
Il faudra recalculer la pression de pulvérisation ou pression de pompe (Ppe), pour que le gicleur de 0,65 USg/h débite 0,88 USg/h
Ppe = (débit souhaité / débit gicleur)² . 7 bar
Ppe = (0,88 / 0,65 )² * 7 = 12,8 bar
Pour fournir une puissance utile de 30 kW, il faut monter un gicleur de 0.65 USg/ h alimenté sous une pression de pulvérisation de 12,8 bar.
On aurait également pu choisir un gicleur de 0,75 USg/h qui aurait nécessité une pression de pulvérisation de :
Ppe = (débit souhaité / débit gicleur)² . 7 bar
Ppe = (0,88 / 0,75 )² * 7 = 9,6 bar
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
46
Exercice: déterminer le gicleur et la pression de pulvérisation du brûleur équipant une chaudière de puissance utile 70 kW.
chaudière : 0,9 , PCI : 11,9 kWh/kg , densité : 0,84
Puissance brûleur : 70 kW / 0,9 = 77,77 kW
Débit massique : 77,77 kW / 11,9 kWh/kg = 6,53 kg/h
Débit volumique : 6,53 kg/h / 0,84 kg/L = 7,78 L/h
Débit USg/h : 7,78 L/h / 3,785 L/USg = 2,05 USg/h
Choix du gicleur : 1,75 USg/h
Pression de pulvérisation : (2,05 USg/h / 1,75 USg/h)² * 7 bar = 9,7 bar
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
47
METHODE RAPIDE DE DETERMINATION D’UN GICLEUR
Faute de précision, on adopte les valeurs suivantes : rendement estimé chaudière : 0,9 , PCI : 11,9 kWh/kg , densité : 0,84, 1 USg = 3,785 L
Le produit de ces valeurs est sensiblement égal à 34.
Le débit en USg/h nécessaire au brûleur est donc égal à : P chaudière / 34
1 prendre la puissance chaudière, (puissance nominale) 2 diviser par 34, (ceci donne le débit nécessaire en USg/h)
- déterminer le gicleur, (prendre un gicleur inférieur à P/34)
3 diviser par le débit d’étalonnage du gicleur choisi,
4 mettre le résultat obtenu au carré,
5 multiplier par 7 pour obtenir la pression de pulvérisation nécessaire en bars.
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
48
1 prendre la puissance chaudière,
70 kW
2 diviser par 34,
70 / 34 = 2,05 USg/h
- déterminer le gicleur,
1,75 USg/h
3 diviser par le débit d’étalonnage du gicleur choisi,
2,05 / 1.75 = 1,176
4 mettre le résultat obtenu au carré,
1,176 ² = 1,384
5 multiplier par 7 pour obtenir la pression de pulvérisation nécessaire en bars.
1,384 * 7 = 9,7 bar
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
49
Le calcul
fonctionnement tout ou rien avec allure de démarrage
100 %
0 %
10
30 %
aquastat
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
50
Calcul pour 2 gicleurs , 1 pression
Donnée de départ : la puissance utile de la chaudière
Exemple : 300 kW
Estimation d’un rendement de la chaudière Exemple : 0,9
% de puissance allure 1 souhaité 30 %
On commence par chercher le gicleur unique « fictif » qui serait nécessaire pour fournir le débit fioul en grande allure.
Détermination des gicleurs et de la pression de pompe
51
La puissance calorifique à fournir à la chaudière sera : Pb = Pch / η
300 kW / 0,9 = 333,3 kW
Débit massique de fioul: Dm = Pb / PCI fioul 333,3 kW /11,9 kWh/kg = 28 kg /h
Débit volumique de fioul : Dv = Dm / mv 28 kg/h / 0,84 kg/L = 33,33 L/h
Débit en gallons US : Dus = Dv / 3.785
Le gicleur « fictif » serait d’environ 7 USg/h qui permettrait de fonctionner avec une pression de pulvérisation d’environ :
Ppe = (8.8 / 7)² * 7 = 11 bar
33.33 L/h / 3,785 L/USg = 8,8 USg/h
Le débit en grande allure doit donc être de 8,8 USg/h
Détermination du gicleur « fictif »
Détermination des gicleurs et de la pression de pompe
52
Un gicleur de 2.1 USg/h n’existe pas car à partir de 2 USg/h les fabricants font évoluer les tailles de gicleurs de 0.5 en 0.5 USg/h.
Je choisis le gicleur le plus proche soit 2 USg/h
Le gicleur de deuxième allure sera donc : G2 = 7 USg/h – 2 USg/h = 5 USg/h
Le gicleur de première allure doit débiter 30 % du débit total
Détermination du gicleur première allure
Gicleur 1 souhaité = 7 USg/h * 0.3 = 2.1 USg/h
Détermination du gicleur deuxième allure
Le gicleur de deuxième allure devra être de 5 USg/h
Le gicleur de deuxième allure doit représenter la différence entre le gicleur fictif et le gicleur de première allure
Détermination des gicleurs et de la pression de pompe
53
La pression de pulvérisation réelle sera : Ppe = [débit fictif / (gicleur2 + gicleur1)]² *7 bar
Ppe = [ 8,8 USg/h /(5 USg/h + 2 USg/h)]² * 7 bar = 11 bar
Débit de fioul première allure : % première allure = [ G1 / ( G1 +G2 ) ] . 100
Détermination de la pression de pulvérisation
Détermination du pourcentage de puissance réel en première allure :
% première allure = [ 2 / ( 2 +5 ) ] . 100 = 28,5 %
Détermination des gicleurs et de la pression de pompe
54
Exercice: Calculer les gicleurs à installer et la pression de pulvérisation à régler sur un brûleur 2 allures 2 gicleurs qui alimente une chaudière de 540 kW de puissance utile pour fournir 60 % de la puissance en première allure.
chaudière : 0,9 , PCI : 11,9 kWh/kg , densité : 0,84
Puissance brûleur : 540 kW / 0,9 = 600 kW
Débit massique : 600 kW / 11,9 kWh/kg = 50,42 kg/h
Débit volumique : 50,42 kg/h / 0,84 kg/L = 60,02 L/h
Débit USg/h : 60,02 L/h / 3,785 L/USg = 15,85 USg/h
Gicleur fictif : 13 USg/h
Gicleur 1 souhaité : 13 USg/h * 0,6 = 7,8 USg/h
Gicleur 1 choisi : 8 USg/h
Gicleur 2 choisi : 13 USg/h – 8 USg/h = 5 USg/h
Pression de pulvérisation : [15.85 /(8+5)]² * 7 = 10,4 bar
% de puissance première allure : 8 / (8 + 5) * 100 = 61.5 %
Détermination des gicleurs et de la pression de pompe
55
Le calcul
100 %
0 %
10
10
70 %
1° all
2° all
fonctionnement tout ou peu régulé
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
56
Calcul pour 1 gicleur , 2 pressions
Donnée de départ : la puissance utile de la chaudière
Exemple : 170 kW
Estimation d’un rendement de la chaudière Exemple : 0,9
% de puissance allure 1 souhaité 70 %
On commence par chercher le gicleur et la pression de pulvérisation nécessaires pour obtenir le débit de fioul petite allure.
Détermination du gicleur et des pressions de pompe
57
Détermination du gicleur et de la pression de pulvérisation première allure :
La puissance calorifique à fournir à la chaudière sera : Pb2 = Pch / η
170 kW / 0,9 = 188,88 kW
La puissance calorifique à fournir en première allure sera : Pb1 = Pb2 * 0,7
188,88 kW * 0,7 = 132,21 kW
Débit massique de fioul en première allure : Dm1 = Pb1 / PCI fioul 132,21 kW /11,9 kWh/kg = 11,11
kg/hDébit volumique de fioul en première allure : Dv1 = Dm1 / mv 11,11 kg/h / 0,84 kg/L = 13,22 L/h
Débit en gallons US en première allure : Dv1 = Dv1 / 3.785
13,22 L/h / 3,785 L/USg = 3,49 USg/h
Le gicleur sera 3 USg/h qui permettra de fonctionner avec une pression de pulvérisation en première allure :
Ppe1 = (3,49 / 3)² * 7 = 9,5 bar
Le débit en première allure doit donc être de 3.49 USg/h
Détermination du gicleur et des pressions de pompe
58
Ce même gicleur devra fournir la puissance deuxième allure (188,88 kW) avec une pression de pulvérisation supérieure réglable sur la pompe.
Détermination de la pression de pulvérisation deuxième allure
Ppe2= (4,99 / 3)² * 7 = 19,4 bar
Débit massique de fioul en deuxième allure : Dm2 = Pb2 / PCI fioul 188,88 kW /11,9 kWh/kg = 15,87
kg/hDébit volumique de fioul en deuxième allure : Dv2 = Dm2 / mv 15,87 kg/h / 0,84 kg/L = 18,89 L/h
Débit en gallons US en deuxième allure : Dv2 = Dv2 / 3.785 18,89 L/h / 3,785 L/USg = 4,99
USg/hLe débit en deuxième allure doit donc être de 4,99 USg/h alimenté par le gicleur de 3 USg/h avec une pression de pulvérisation de :
Détermination du gicleur et des pressions de pompe
59
Exercice: Calculer le gicleur à installer et les pressions de pulvérisation à régler sur un brûleur 2 allures 1 gicleur qui alimente une chaudière de 250 kW de puissance utile pour fournir 80 % de la puissance en première allure.
chaudière : 0,9 , PCI : 11,9 kWh/kg , densité : 0,84
Puissance brûleur : 250 kW / 0,9 = 277,77 kW
Puissance brûleur 1 : 277,77 kW * 0,8 = 222,22 kW
Débit massique 1 : 222,22 kW / 11,9 kWh/kg = 18,67 kg/h
Débit volumique 1 : 18,67 kg/h / 0,84 kg/L = 22,23 L/h
Débit 1 USg/h : 22,23 L/h / 3,785 L/USg = 5,87 USg/h
Gicleur choisi : 5 USg/h
Pression de pulvérisation 1 : (5,87 / 5)² * 7 = 9,66 bar
Débit massique 2 : 277,77 kW / 11,9 kWh/kg = 23,34 kg/h
Débit volumique 2 : 23,34 kg/h / 0,84 kg/L = 27,78 L/h
Débit 2 USg/h : 27,78 L/h / 3,785 L/USg = 7,34 USg/h
Pression de pulvérisation 2 : (7,34 / 5)² * 7 = 15,1 bar
Détermination du gicleur et des pressions de pompe
60
Le calcul
100 %
0 %
10
10
70 %
35 %
1° all
2° all
fonctionnement tout ou peu régulé avec allure de démarrage
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
61
100 %
0 %
70 %
35 %
Fonctionnement tout ou peu régulé avec allure de démarrage
1°solution 2°solution
P1 P1
P1
P1
Afin de préserver les gicleurs de l’érosion provoquée par le fioul sous pression et d’éviter une fatigue prématurée de la pompe fioul, les fabricants utilisent la première solution.
Détermination du gicleur et de la pression de pompe
P2P2
P2P2
1
2
1
2
1
2
1
2
P2
Pb0
Pb1
Pb2
Pb3
62
Calcul pour 2 gicleurs , 2 pressions
Donnée de départ : la puissance utile de la chaudière
Exemple : 850 kW
Estimation d’un rendement de la chaudière Exemple : 0,9
% de puissance allure de démarrage souhaité 35 %
% de puissance petite allure souhaité 70 %
On commence par chercher le gicleur unique « fictif » qui serait nécessaire pour fournir le débit fioul en petite allure.
Détermination des gicleurs et des pressions de pompe
63
La puissance calorifique à fournir à la chaudière sera : Pb3 = Pch / η
850 kW / 0,9 = 944,44 kW
Débit massique2 de fioul: Dm2 = Pb2 / PCI fioul 661,11 kW /11,9 kWh/kg = 55,55 kg/h
Débit volumique2 de fioul: Dv2 = Dm2 / mv 55,55 kg/h / 0,84 kg/L = 66,13 L/h
Débit2 en gallons US = Dv2 / 3.785
Le gicleur « fictif » serait d’environ 15 USg/h qui permettrait de fonctionner avec une pression de pulvérisation d’environ :
Ppe = (17,47 / 15)² * 7 = 9,49 bar
66,13 L/h / 3,785 L/USg = 17,47 USg/h
Le débit en petite allure doit donc être de 17,47 USg/h
Détermination du gicleur « fictif »
La puissance calorifique à fournir en petite allure sera: Pb2 = Pb3 * 0.7
944,44 kW * 0,7 = 661,11 kW
Détermination des gicleurs et des pressions de pompe
64
Le second gicleur sera donc :
Le gicleur de démarrage doit débiter 50 % du débit petite allure
Détermination du gicleur de démarrage (G1)
Gicleur de démarrage souhaité G1 = 15 USg/h * 0,5 = 7,5 USg/h
Détermination du second gicleur (G2)
Le second gicleur devra être de 7,5 USg/h
Ce gicleur doit représenter la différence entre le gicleur fictif de petite allure et le gicleur de démarrage
G2 = 15 USg/h – 7,5 USg/h = 7,5 USg/h
Je choisis le gicleur le plus proche soit 7,5 USg/h
Détermination des gicleurs et des pressions de pompe
65
La pression de pulvérisation réelle sera : Ppe1 = [débit fictif1 / (gicleur2 + gicleur1)]² *7 bar
Ppe = [ 17,47 USg/h /(7,5 USg/h + 7,5 USg/h)]² * 7 bar = 9,5 bar
Détermination de la pression de pulvérisation en petites allures
Ces gicleurs devront fournir la puissance grande allure (944,44 kW) avec une pression de pulvérisation supérieure réglable sur la pompe
Détermination de la pression de pulvérisation grande allure
Ppe2= [24,96 / (7,5 +7,5)]² * 7 = 19,4 bar
Débit massique de fioul en grande allure : Dm3 = Pb3 / PCI fioul 944,44 kW /11,9 kWh/kg = 79,36
kg/hDébit volumique de fioul en grande allure : Dv3 = Dm3 / mv 79,36 kg/h / 0,84 kg/L = 94,48 L/h
Débit en gallons US en grande allure : Dv3 / 3,785 94,48 L/h / 3,785 L/USg = 24,96 USg/h
Le débit en grande allure doit donc être de 24.96 USg/h alimenté par 2 gicleurs de 7.5Usg/h avec une pression de pulvérisation de:
Détermination des gicleurs et des pressions de pompe
66
Détermination de l’angle et du cône du gicleur
On choisit l’angle de pulvérisation et le spectre en fonction de la forme de flamme recherchée.
L’objectif est d’adapter la forme de la flamme à la forme du foyer de la chaudière.
La flamme doit remplir le plus possible le foyer sans lécher les parois latérales ou le fond afin d’éviter que des imbrûlés s’y déposent sous forme de suies qui gêneraient à terme les échanges de chaleur.
67
Pour obtenir une flamme longue,
+ +Angle étroit Cône plein Beaucoup d’air secondaire
peu d’air primaire
il faut réunir trois conditions :
Détermination de l’angle et du cône du gicleur
68
Pour obtenir une flamme courte,
+ +Angle large Cône semi plein Peu d’air secondaire
beaucoup d’air primaire
il faut réunir trois conditions :
Détermination de l’angle et du cône du gicleur
69
Pour obtenir une flamme très courte,
+ +Angle très large Cône creux Peu d’air secondaire
beaucoup d’air primaire
il faut réunir trois conditions :
Détermination de l’angle et du cône du gicleur
70
Maintenance des gicleurs
Un gicleur peut, en théorie, être utilisé tant qu’on peut maintenir un taux de CO2
raisonnable et un indice Bacharach acceptable.
L’usure du gicleur dépend essentiellement du volume de fioul qu’il aura à pulvériser ainsi que de la propreté du produit.
Un gicleur s’use.
A titre d’exemple, un brûleur consommant annuellement 5 000 litres de fioul et doté d’un gicleur débitant 2 litres/h fonctionne 2 500 heures par an.
Si on supposait que le fioul sorte comme un long jet continu, sa vitesse serait de 72 km/h et sa longueur d’environ 180 000 km soit 4,5 fois le tour de la terre !
71
Maintenance des gicleurs
Hormis le nettoyage du filtre, les gicleurs doivent toujours être remplacés et jamais démontés pour être nettoyés.
Les dépôts fixés autour de l’orifice après une période de fonctionnement ne peuvent être enlevés sans grattage qui provoquerait inévitablement la détérioration du gicleur.
En pratique le gicleur est remplacé chaque année au cours de l’entretien.
- Gain de temps d’intervention
- Fiabilité de fonctionnement du brûleur améliorée
- Coût du gicleur souvent inclus dans la prestation
72
Conseils
Pour qu’un gicleur conserve toutes ses qualités de fabrication, il faut le stocker , le transporter et le manipuler avec soin.
Toujours stocker le gicleur dans son étui de protection .
Attendre le dernier moment pour sortir le gicleur de son étui et le monter sur le brûleur.
73
Conseils
Transporter les gicleurs dans des valises de protection prévues à cet effet.
Ne pas laisser les gicleurs sans protection dans les poches ou la caisse à outils.
Ne pas monter un gicleur très froid sur le brûleur.
Ne pas toucher le bout du gicleur avec les mains trop sales.
Ne pas serrer trop fort le gicleur sur le porte-gicleur.
Ne pas le faire tomber.
Ne pas le démonter au-delà du filtre.
Ne rien introduire dans l’orifice de pulvérisation.
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