présentation_ chaudières2bis

7/30/2019 prsentation_ chaudires2bis

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1 1

1 La chaudire comme systme nergtique.

2 Diffrents types de chaudire3 valuations des performances des chaudires

4 Audit nergtique des chaudires

Plan de la formation


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OBJECTIFS DE LATELIER

Fournir les moyens pratiques pour amliorerles performances nergtiques des

chaudires

cest--dire Comment utiliser moins de combustible pour

chaque tonne de vapeur .


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3

Atelier de Formation

1re partie :

La chaudire comme

systme nergtique


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4

La chaudire comme systme nergtique


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5

Les chaudires utilisent la combustion pour produirede la chaleur et sont destines la production:

De la vapeur.

De leau chaude.

Les sources de chaleur ncessaires la productionproviennent soit:

De la combustion de produits fossiles

De la combustion de sous-produits

De de la combustion de dchets Soit encore des rcuprations de chaleur pure en aval dun procd

chimique.


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CHAUDIRE 3 PASSAGES

La chaudire classique brleur incorpor se dcompose endeux parties:

La zone de rayonnement dite aussi chambre decombustion.

La zone de convection.


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La chaudire est compose dans sa grande partie dune

batterie d'changeurs de chaleur disposs en srie ou

en parallle.

Les chaudires rcupration ne comportent pas de

zone de rayonnement. Leur technologie de lchange et

de construction est semblable aux autres.

Dautres genres de chaudires existent tel que:

Les chaudires lits fluidiss.

Les chaudires utilisant les foyers sous pression de gaz.

Les chaudires contact direct. Les chaudires lectriques.

Les chaudires nuclaires.


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SCHMA DUNE CHAUDIRE


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Une chaudire est conue pour produire de lnergie partir de lacombustion

Pour cela il faut: Transformer lenthalpie de formation contenue dans un

combustible en chaleur.

Transfrer cette chaleur via une surface dchange leau pourproduire:

De la vapeur sous pression, haute temprature(chaudire vapeur)

De l eau chaude (chaudire eau chaude).

Les matires premires sont :

Le combustible (fuel, gaz naturel, bois.) Lair


10/112M. MADA cole Mohammadia DIngnieurs 1010

Les produits de combustion rsultant seront utiliss pour :

Transformer leau en vapeur

Transformer leau froide en eau chaude

Brleur WATER SOURCE

BRINE

CHEMICAL FEED

FUELBLOW DOWNSEPARATOR

VENT

VENTEXHAUST GASVapeur

ChemineDEAERATOR

PUMPS

Chaudire

Economiseur


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M. MADA cole Mohammadia DIngnieurs 1111

Les principaux composants dune chaudire sont illustrs dans la figure suivante.

Fonctionnement dune chaudire


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QUIPEMENTS AUXILIAIRESASSOCIS LA CHAUDIRE

Brleurs

Traitement de leau dalimentation

Systme de contrle (et de rgulation)

Systme de prchauffage de lair et/ou de

leau

Systme de rcupration des condensats


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PARAMTRES DEXPLOITATION

Pression et temprature du fluidecaloporteur (eau, vapeur et huile)

Pression et temprature du combustible

Autres : Dbits

O2 CO

CO2 T des fumes


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18

Atelier de Formation

2me partie:

La combustion


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La Combustion:

Pour que la combustion soit possible, il faut runir en

mme temps: Combustible,

Un corps comburant (oxygne, air) qui, se combinant,

produisent la combustion.

Une nergie pour le dmarrage de la raction chimique decombustion.

Lair est pris lextrieur, et puls vers le foyer par un

ventilateur ou par tirage naturel.

La combustion se produit dans un foyer grce :

Des brleurs

Des systmes particuliers (grilles, lit fluidis, etc.).


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20

LES PRINCIPAUX COMBUSTIBLESINDUSTRIELS

Gazeux : gaz naturel, propane, butane

Liquides : fiouls

Solides : charbon

Tous contiennent essentiellement : Carbone (C)

Hydrogne (H)


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COMPOSANTS DES COMBUSTIBLES

Carbone (C)

Hydrogne (H)

Soufre (S) et oxygne (O) en faiblesquantits

Eau (H2O) et azote (N)

Cendres (combustibles solides)


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LES COMBUSTIBLES LIQUIDESFiouls domestiques et fiouls lourds

Provenance : distillation des produits ptroliers Composition chimique :

Mlange dhydrocarbures (CnHm)

Divers: S, O2, N2, asphaltnes, sdiments etmtaux

Composition moyenne:

C = 84 87 %

H2 = 10 14 %

S = 0,2 4 %

Divers = 0 1 %


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LES COMBUSTIBLES LIQUIDESFiouls domestiques et fiouls lourds

Caractristiques physiques :

Viscosit

Point dclair

Point dcoulement

Masse volumique


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POUVOIR CALORIFIQUEDES COMBUSTIBLES

Quantit dnergie contenue dans le

combustible

cest--dire

Quantit de chaleur dgage par lacombustion dun kg de combustible


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NOTIONS DE PCS ET PCI

Pouvoir Calorifique Suprieur (PCS)

=

Pouvoir Calorifique Infrieur (PCI)

+Chaleur latente de condensation de lavapeur deau produite par la combustion

0.98Charbon

0.93Propane - Butane

0.94FioulsR = PCI/PCSCombustible


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LE PCI DE QUELQUES COMBUSTIBLES

10200Gasoil

11000GPL

9800Fioul N7

9600ioul N2PCI (kcal/kg)Combustible


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COMBUSTION COMPLTE

C + O2 CO2 + 7.829 kcal/kg

H2 + O2

S + O2

H2O + 33.342 kcal/kg

SO2 + 2.211 kcal/kg


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COMPOSITION DES FUMES

CO2 H2O

CO

N2 O2 Autres imbrls

Cest la composition des fumesqui renseigne sur la qualit de

combustion


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RELATIONS ENTRE LA COMPOSITION DES GAZ DECOMBUSTION ET LEXCS DAIR AU BRLEUR


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Cette figure met en relief trois zones de fonctionnement il sagit:1. Zone de combustion rductrice caractrise par manque dair donc

augmentation des imbrls et par consquent des pertes.2. Zone de combustion oxydante caractrise par un excs dair donc

augmentation des pertes par chaleur sensible de O2 nonconsomm.3. Zone correspondante la combustion neutre qui correspond la

consommation de la quantit stchiomtrique dair exige par lacombustion complte [transformation de tout le carbone (C) en gazcarbonique (CO2)]

Dans la ralit, lutilisation de la quantit stchiomtrique dair conduit une combustion incomplte qui favorisera la raction 1 au lieu de laraction 2.:

2

C + O2 CO + 2 211 kcal/kg + suie (1)

C + O2 CO +7829 kcal/kg (2)


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Comme on peut le constater daprs la raction (1)

la combustion du carbone se transformant

uniquement en CO, fait perdre peu prs les de

la chaleur de combustion du carbone. Pour remdier

cet inconvnient un excs dair est ncessaire pour

favoriser la raction (2) et brler le CO issue de la

raction (1) suivant la raction suivante (3)

2 21CO O CO 5619kcal / kg

2


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THORIE ET RALIT

Dans la thorie, la quantit stchiomtrique

dair suffit assurer une combustion complte

[transformation de tout le carbone (C) en gaz

carbonique (CO2)]mais

Dans la ralit, lutilisation de la quantit

stchiomtrique dair conduit une

combustion incomplte:C + O2 CO + 2 211 kcal/kg + suie


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NCESSIT DUTILISERUN EXCS DAIR

La combustion complte utilisant laquantit stchiomtrique dair exige un

mlange parfait air/combustible au

niveau du brleur.

Dans la pratique, ce mlange parfait

nest pas possible, do la ncessitdutiliser un excs dair pour assurer

une combustion complte.


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DFINITION DE LEXCS DAIR

Excs dair en % =

Quantit stchiomtrique dair

Qt dair utilise Qt stchiomtrique dair


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Une combustion incomplte provoque despertes (suie, CO, fume)

alors

on utilise un excs dairmais

Un excs dair provoque galement des

pertes de chaleur, lair en excs entre froidet se retrouve chaud dans les fumes.

COMPROMIS


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Des caractristiques du combustibleutilis

Du type des brleurs

Des oprations de maintenance desbrleurs

EN PRATIQUE, LEXCS DAIR OPTIMALDPEND PRINCIPALEMENT:


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EXEMPLE DEXCS DAIR NCESSAIRE POUR UNBON FONCTIONNEMENT DES CHAUDIRES

20-25%10%

FioulGazchaudires industrielles(3 10 t/h)

10%5%

FioulGaz

chaudires industrielles(30 50 t/h)

< 5%gaz/fioulchaudires des centraleslectriques

Excs dair en %


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Excs dair

1. Cest le constructeur qui donne le taux minimal

dexcs dair recommand pour le brleur et le

combustible.

2. Sil est impossible dobtenir ces donnes, on peut seservir des valeurs de masse types de la table 1comme guide.

3. Pour obtenir les meilleurs rsultats, il faut analyser lesgaz de combustion et observer les conditions de

combustion la sortie de chemine.


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40


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COMBUSTION OXYDANTE COMPLTE

e (%) = x 100O2 st. CO2mes.CO2 mes.+ = 12 mes.21CO2 mes.CO2 st.

e (%) = x 100O221 O2


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CONDITIONS NCESSAIRES LA COMBUSTION

Assurer une TENEURoptimale de lair/oucombustible

Maintenir la TEMPERATURE de combustion

propre chaque combustible Assurer un bon mlange air-combustible ce

qui ncessite une TURBULENCEde lair

Assurer le TEMPS de combustion de faon

ce que celle-ci sopre entirement dans lefoyer

Soit assurer la rgle des 4T


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RLE DES BRLEURS

Provoquer le mlange parfait de lair et

du combustible

Brler ce mlange

Maintenir et stabiliser la flamme

En rsum, assurer la rgle des 4T


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DESCRIPTION DES BRLEURS

Cest un ensemble constitu de: Un injecteur amenant le combustible

Une amene dair comburant Tte de brleur ou gicleur

quipements auxiliaires Systme de rchauffage Systme de contrle

Systme de scurit


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BRLEURS COMBUSTIBLES LIQUIDES

Combustible tat liquide

Surface rduite de contact avec lair

Mlange difficilealors

Pulvrisation du combustible

Augmentation de la surface Mlange plus intime


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Production de la chaleur - Chaudire 46

GAZ - AIR

MIXTURE

CONNECTION

TO BURNER


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La chaleur produite par la combustion est:

1. vhicule par les produits de la combustion

2. utilise pour produire de la vapeur d'eau ou de leau

chaude

La quantit dnergie produite et la qualit de la vapeurdpend:

1. De la technologie du brleur.

2. Des caractristiques du combustible utilis, de sonconditionnement et de la qualit de lair ncessaire la

combustion.

3. Des caractristiques de leau de chaudire

Les produits de la combustion :


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Composition chimique :

Lanalyse lmentaire du combustible permet en se basant sur les

ractions chimiques de combustion:

1. De calculer les volumes dair ncessaires.

2. De calculer les volumes de fumes gnrs.

3. Dviter la corrosion haute temprature par connaissance des

teneurs en lments fortement corrosifs.

4. De prendre des prcautions et limiter les consquences de la

corrosion sulfurique basse temprature (Teneur en soufre).

5. Limiter la pollution (Teneur en azote).


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La distinction la plus nette du point de vue conception est celle qui apparat

entre :1. les chaudires tubes de fumes parcourus intrieurement par les gaz2. les chaudires tubes deau parcourus intrieurement par leau et

lmulsion eau -vapeur.

Chaudire tubes deau Chaudire tubes de fume

Avantage inconvnient avantage inconvnient

-moins

dangereuse, en cas

dincident sur le

tube foyer en

particulier.

- une fiabilit et unedure de vie plus

importante.

-son prix est trs lev,

il peut aller jusquau

double du prix de la

chaudire tube de

fume

- traite un grand volumedeau ; elle est classe

en premier catgorie ;

donc il doit avoir un

local indpendant pour

la chaufferie.

-prix faible par

rapport lautre

type.

- peut souvent tre

classe en seconde

catgorie, ce qui nencessite pas de

chaufferie

compltement

indpendante.

- elle est soumise des

contraintes

plus svres que la

chaudire tubes deau

-plus dangereuse quune

chaudire tubes deau, encas dincident sur le tube

foyer en particulier.

- une fiabilit et une dure

de vie plus faible

Diffrents types de chaudires

Ch di t b d f


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l'enveloppe de la chaudire est soumise une pression gale celle de lavapeur ; son paisseur doit donc tre consquent. Quand la puissance de lachaudire augmente cela conduit avoir une paisseur de la tle constitutivede l'enceinte (la virole) prohibitive.

Chaudire tubes de fumes

C h di t i t l' h t i


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Ces chaudires sont moins coteuses l'achat mais engnral limites en puissance et en pression:

Capacit relativement rduite ne dpassant pas 12 t(vapeur)/h. Pression de service ne dpassant pas 18 bar.

Ceci causede:

La difficultde ralisation qui exige une conciliation entrela forte dilatation du tube foyer relativement chaud et ladilatation plus modre des tubes qui sont mieux

refroidis. La difficult qui consiste tenir la pression de service

sans dformation excessive. Le ramonage des faisceaux est moins ais.


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l'eau circule l'intrieur de faisceaux de tubes

monts en gnral en parallle.La circulation peut tre:

Force (par pompes).

Naturelle (par convection).

Les tubes peuvent tre soit:

Lisses.

Ailettes.

Les chaudires tubes d'eau

Ces chaudires sont beaucoup plus onreuses que les


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Ces chaudires sont beaucoup plus onreuses que les

chaudires tubes de fumes plus compactes

Chaudire tubes deau


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Les parcours des fumes peuvent tre plus au moins complexes. Lasource de chaleur est l'extrieur. Ceci implique des limites depression beaucoup plus leves .

Ces chaudires sont utilises lorsque l'on souhaite des productionsvapeur des pressions importantes ou de la vapeur surchauffe (lapression dutilisation varie de 4,5 bar 120 bar),

quelles sont moins exigeantes quant la qualit de leaudalimentation comparativement celles tubes de fumes.

Les chaudires tubes d'eau


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valuation des performances deschaudires


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Bilan nergtique et matire

Bilan matire

Le bilan matire permet de dterminer et ou de vrifier les conditions demarche optimale dune unit en :

Calculant certain grandeurs que lon ne peut pas mesurerexprimentalement (composition et quantit des flux de matire)

Vrifiant la validit des dterminations exprimentales.

Dans le cas des chaudires le bilan matire permet entre autres: D'estimer l'excs dair ncessaire lobtention dune combustion correcte

(fonction de la nature du combustible),

De calculer le dbit dair ncessaire la combustion,

De calculer le dbit (massique et volumique) des fumes engendres par lacombustion, et ventuellement de la quantit de cendres produites.


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Bilan matire du procd de combustionLa masse de lair de combustion est assez leve puisquelle est environ

15 fois celle du combustible.

Dans le cas de combustibles solides tel que le bois et le charbon, les

cendres font partie de la masse de sortie dans lquation.

Bilan matire du procd de combustion


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58 58

Gaz Naturel:

Hydrogne (H)

Carbone (Cl

Air de combustion Azote (N2) Oxygne (O2)

TempsTempratureTurbulence

Combustion

Gaz de combustionOxygne (O2)Gaz carbonique (CO2)Azote (N2)Eau (H2O)Excs d'air(0,)

Oxydes dazote (NOx)

Chaleur

Bilan matireCombustion dugaz naturel


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59 59

Mazout

Hydrogne (H)

Carbone (C)

Soufre (S)

Azote (N2) Cendres

Air de combustion Azote (N2) Oxygne (O2)

TempsTempratureTurbulence

Combustion

Gaz de combustion Oxygne (O2) Gaz carbonique

(CO2) Azote (N2) Eau (H2O)

Excs d'air(0,) Oxydes dazote(NOx)

Oxydes de soufre(SOx)

Cendres

Chaleur

Bilan matireCombustion duMazout


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Bilan matire de la vapeur et de leau

Si leau dalimentation reprsente 100% de lentre alors quela sortie consiste en un maximum de 10% de purge et 90%

de vapeur utilisable.

Bilan matire vapeur - eau


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Air de combustionLair stchiomtrique: Quantit thorique dair de combustion requise pour

brler compltement un combustible.


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Cette quantit dair stchiomtrique peut aussi tre calculersi on dispose de des analyses en pourcentage de masse du

combustible. Ces analyses concernent les pourcentages en

masse de C, H2,O2, S, H2O, et cendres.

Ces analyses doivent tre fournies par le fournisseur du

combustible,


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11.6 C 34.8 H2 O2/ 8 4.35 S /100 kg / kg de fuel

La quantit dair stchiomtrique

Pour dautres combustibles on utilisele tableau suivant :


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Excs dair

Les taux rels dexcs dair devraient tre compars aux taux

recommands.

La mthode la plus prcise pour dterminer le pourcentage rel

dexcs dair est lanalyse des gaz de combustion qui schappent dela chaudire.

On utilise souvent un analyseur en continu dO2 ou de CO2 pour

identifier indirectement lexcs dair, Ou un analyseur de CO.


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Lappareil dOrsat :

Analyse les chantillons de gaz de combustion.

Dtermine le pourcentage (par volume) doxygne

(O2), danhydride carbonique (CO2) et de monoxyde de

carbone (CO). Le gaz restant est de lazote (N2).

Lchantillon doit tre prlev le plus prs possible de la

sortie de la chaudire pour minimiser les erreurs

entranes par les infiltrations dair.


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Dautres analyseurs manuels plus simples:

Mesurent le CO2 ou lO2 dans les gaz de combustion.

Ils sont plus faciles dutilisation

Peuvent servir contre vrifier lappareil dOrsat,

pourvu quil ny ait pas de CO.

La prsence de CO indique que la quantit dair est

insuffisante pour complter le procd de combustion.

Pour le gaz naturel, le mazout ou le charbon, on peut dterminer le


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Pour le gaz naturel, le mazout ou le charbon, on peut dterminer lepourcentage dexcs dair partir de la figure suivante, pourvu encore

une fois, quil ny ait pas de CO.

Lexcs dair peut aussi tre calcul en utilisant les analyses des


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L excs d air peut aussi tre calcul en utilisant les analyses des

produits de combustion concernant le pourcentage de O2 ou deCO2. Il serait prfrable davoir la mesure de O2 et dutiliser

lquation suivante;

2

2

O (mesur)Excsd'air

21 O (mesur)

Dans le cas o on dispose seulement de la mesure de CO2, on peututiliser la formule suivante:

2 2

2 2

7900 CO (stoechiomtrique) CO (mesur)Excsd'air

CO (mesur) 100 CO (stoechiomtrique)

Pour les autres combustibles, ou lorsquil y a prsence de CO dans


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, q y p

les gaz de combustion, on doit utiliser lquation suivante:


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Exemples de dtermination de la quantit dairExemple 1On peut calculer les exigences totales en air decombustion pour une chaudire utilisant 1 500 m3/h degaz naturel muni dun brleur conu pour un excs

dair de 10%.Selon la table 1, lair de combustion requis 0%dexcs dair (stchiomtrique) est de 318 kg/GJ.

Le pouvoir calorifique du gaz naturel est de 37,2 MJ/m3


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Le pouvoir calorifique du gaz naturel est de 37,2 MJ/m3.

Dbit calorifique total lentre = consommation du combustible x pouvoircalorifique du combustible

= 1500 m3/h x 37,2 MJ/m3= 55 800 MJ/h

= 55 800 MJ /h = 55.8 GJ/h

Masse de lair de combustion =

= 318 kg/GJ x 55,8 GJ/h

= 17 744 kg/h

Masse de lair de combustion = 17 744 kg/h x 1,1(10% dexcs dair)

= 19 518 kg/h

La densit de lair ( conditions normales de 20C et 101,325 kPa (abs.)); 1,204 kg/m3.


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Exemple 2:On peut reprendre les mmes calculs pour le mazout.

Une chaudire brle 7000 l/h de mazout n6avec 15% dexcs dair. Selon la table 1, lairde combustion 0% dexcs dair est de 327 kg/GJ.

Le CPS du mazout n6 avec 2,5% de soufre est de 42,3 MJ/l.7000 l/h x 42,3 MJ/l x 327 kg/GJ x 1,15

Masse totale de l air de combustion =1 000 MJ/GJ

= 111 348 kg/h

111 348 kg/hDbit total d'air de combustion =

1,204 kg/m3

= 92 482 m3/h aux conditions normales

19 518 kg/hDbit total d'air de combustion =

1,204 kg/m3

= 16 211 m3/h aux conditions normales


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Exemple 4:Lanalyse des gaz de combustion par volume pour le gaznaturel donne les rsultats suivants:

O2 = 5,4%CO2 = 8,8%CO = 0 %N2 = 85,8% (diffrence)Selon la figure, il y a environ 30% dexcs dair.En utilisant lquation prcdente pour fins de

comparaison.

5,4 0,5 x 0% d'excs dair x100

0,2682 x 85,8 5,4 0,5 x 0

30,7%


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Exemple 5:Une chaudire brlant du charbon bitumineux et les rsultats delanalyse des gaz de combustion sont:

O2 = 4,1%CO2 = 14,8%CO = O %N2 = 81,1% (diffrence)

Selon la figure et le pourcentage dO2, il y a environ 24% dexcsdair. Selon le pourcentage de CO2 de cette mme figure, on obtient

23 % dexcs dair. Comme il ne peut videmment pas y avoir deux

valeurs pour un mme chantillon de gaz, on attribue cette diffrenceaux erreurs danalyses du combustible ou bien celles dues la

mesure des taux de CO2 ou de O2.

Lquation donne une valeur de 23,2%.


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Tous les procds de transformation de la matire sont

lis, de prs ou de loin lintervention des nergies.

Le bilan nergtique est un calcul qui consiste:A identifier physiquement et calculer les changes

dnergie

A valuer les diverses quantits dnergie mises en jeudans les transformations physiques et/ou chimiques dunprocd.

Ce bilan peut tre tabli sur la totalit de linstallationcomme il peut tre tabli sur un seul appareil ou unepartie de lappareil.

Bilan nergtique


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Ces valuations sont ncessaires du fait que :

le bon fonctionnement dune installation.

Ce bilan permet dapporter aux ingnieurs les

lments ncessaires pour loptimisation nergtiqueet la bonne marche des installations ainsi que ladtermination de prix de revient.

Ils y puisent, notamment, les renseignements pour

les comparaisons financires, pour la balance entreles avantages et les inconvnients des diversessolutions et le choix de lune delles.

Bilan nergtique


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Procdure:

1Choisir le systme sur lequel on va effectuer lebilan (chaudire dans ce cas particulier).

2 Tracer autour de lui une ligne enveloppe continueet ferme.

3 Choisir une temprature de rfrence.


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Chaud ire

Puissance fourn ie Puissanc e uti le

Pertesparlesfume

s

Et

Lesimbrls

Pertes par

les parois

Le Bilan peut scrire gnralement comme suit:


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'

tan

L enthalpieL e f lux thermique L a somme des f lux L a somme des f lux

de formationaccumulpar le systme Entrants Sor ts

ou de raction

Dans notre cas le bilan se rduit :


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La puissance fournie (ou introduite) englobe:

Les flux thermiques entrants;

l'enthalpie sensible du combustible l'entre ainsi que celle del'air.

L'enthalpie de formation du combustible brl n'est autre que sonPCI. Notons que dans le cas du gaz naturel nous pouvons utiliserle PCS qui prend en compte en plus du PCI la chaleur devaporisation de l'eau.

La puissance utile prend en compte:

Les flux thermiques sortants destins tre utiliss (flux thermiquede la vapeur ou flux thermique de l'eau chaude).

puissance fournie = puissance utile + pertes

Pertes


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La diffrence entre la puissance utile fournie l'eau (Pu)et la puissance contenue dans le combustible est

constitue de pertes :

Vers la chemine. Les fumes de combustion sontvacues encore chaudes. Cette chaleur est perdue.

Vers la chaufferie. La chaudire est comme un grosradiateur qui met de la chaleur vers l'ambiance de lachaufferie.

Par les purges.

Pertes

Pertes par les fumes


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LE RLE DE LOPRATEUR DE LA CHAUDIRECONSISTE FAIRE FONCTIONNER SONINSTALLATION DE FAON RDUIRE AUMAXIMUM CES PERTES

Les pertes par les fumes proviennent : De la chaleur sensible contenue dans les fumes

qui sont nettement plus chaudes que l'air aspir

dans la chaufferie.

p

P t l f


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De la chaleur latente cause par lhumiditprovenant de la combustion dhydrogne.

Des imbrls issus d'un mauvais mlangeentre l'air et le combustible, provoquant la

production de CO au lieu de CO2 (lachaleur dgage est alors infrieure cellefournie par une combustion complte).

La rduction de lexcs dair au minimumpermet de diminuer ces pertes.

Pertes par les fumes

Pertes de chaleur par


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Les pertes vers l'ambiance proviennent de l'changethermique par rayonnement et convection entre lachaudire et son environnement.

Les pertes par l'ambiance sont fonction notamment de latemprature moyenne de l'eau dans la chaudire, de la

configuration de cette dernire et de son degr d'isolationElles sont donc en partie dpendantes de la vtust de lachaudire et de sa rgulation.

Exprimes selon le pourcentage du rendement thermiquedune chaudire.

Les pertes par les fumes sont les plus importantes

Comparativement aux autres

rayonnement et convection


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Mada 2007 87

PERTES DNERGIE

Purges 2 3 %Parois 0.5 %

Fumes 8 15 %

Notion de Rendement


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Le rendement caractrise les performances de lachaudire : rapport entre lnergie produite et lnergie

Introduite pendant lunit de temps, cette mthode quiest appele la mthode directe semble premirevue la plus simple et la plus rationnelle ;

Mthode directe


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Consiste mesurer pendant un temps dtermin:

1. la quantit dnergie introduite en chaudire2. lnergie apporte au fluide eau /vapeur.

Cette mthode implique de pouvoir connatre avec

une bonne prcision:

1. Le dbit de combustible, le ou les dbits de

vapeur, le dbit deau chaude.2. Evaluer correctement les apports de chaleur

extrieure:


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Mthode indirecte


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Mthode indirecte

Cette mthode indirecte:1. Plus complexe2. Plus prcise.

car les erreurs, mme si elles sont en valeur relative plus

importantes, portent uniquement sur le montant des

pertes, lesquelles ne sont quune fraction, 10 ou 15 %, de

lnergie introduite, de sorte quune erreur relative

de 4 % dans le calcul de la perte ninduit quune erreur

relative de 0,15 0,04 =0,006 soit 0,6 % sur lerendement global dtermin de cette faon.

Mthode indirecte


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Mthode indirecte

La mthode indirecte :1. Ncessite de connatre lanalyse

lmentaire du combustible, la composition

des fumes (CO2 , ventuellement CO) et

des cendres et en plus de sa prcision.2. lavantage de permettre:

Mesure avec des instruments portables

Dtermination de chaque source de

perte

Rendement nominal ou rendement utile:


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Rendement nominal ou rendement utile:

Le rendement utile utile d'une chaudire est sonrendement instantan lorsque le brleurfonctionne.

utile = Pu / Pa

Il s'agit d'un rendement instantan qui peut varier enfonction des conditions d'exploitation de lachaudire (temprature de l'eau, puissance

du brleur par rapport la puissance de lachaudire).

Rendement de combustion


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comb = 100 - f x (Tfumes - Tamb) / %CO2

Ce rendement reflte:

La qualit de la combustion.

La qualit de lchange thermique entre les fumes et le fluidecaloporteur.

o :

Tfumes = la temprature des fumes la sortie de la chaudire [C]

Tamb = temprature ambiante de la chaufferie [C]

%CO2 = la teneur en CO2 des fumes [%]

f = facteur dpendant principalement du type de combustible (mazout :f = .. 0,57 ..; gaz naturel : f = .. 0,47 .., Bois f=0,77)

Rendement de combustion

Rendement de la combustion


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On relve les deux lments cls de cette formule :

1. La temprature des fumes. Plus celle-ci est leve,plus il y a de perte de chaleur vers la chemine, et

moins bon est l'change entre l'eau et les fumes.

2. Le pourcentage de CO2 contenu dans les fumesqui symbolise la transformation complte du

combustible.

Ces lments refltent la qualit de la combustion et

constituent un tableau de bord pour optimiser lacombustion.

Critre de contrle de la combustion


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Constatations:

1er point : Les pertes dpendent des dbits desfumes et de lair de combustion qui sontfortement lis lexcs dair.

2ime point: Les pertes sont fortement

conditionnes par la temprature de sortie desfumes.

Conclusions:

Pertes si excs dair ou Tfumes

Pertes par imbrls si excs dair

Donc il faut trouver une zone de rglage de la combustion permettant de


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travailler avec un excs dair qui satisfait les deux conditions.

Le digramme suivant montre cette zone de rglage.

Mesure pratique du rendement


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Mesure pratique du rendement

La mthode directe ncessite linstallation dappareil de

mesure de lnergie du combustible et de lnergie

emporte par le fluide caloporteur

La mthode indirecte ncessite des instruments portables:

Analyseur des gaz et des fumes

Thermomtre pour mesurer la temprature des fumes

Moyen simple de mesure dalcalinit totale, teneur enchlorures, teneur en silice et salinit totale

ORDRE DE GRANDEUR DES VALEURS DURENDEMENT DES CHAUDIRES


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Mada 2007 99

RENDEMENT DES CHAUDIRES

Typiques dans lindustrie

tubes de fume (5 20 t/h)

tubes deau (30 50 t/h)

60 - 85 %

87 %

90 %

93 % tubes deau (production de

llectricit)

PARAMTRES INFLUENANT LES PERTES PARCHALEUR SENSIBLE DES FUMES


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Mada 2007 100

CHALEUR SENSIBLE DES FUMES

Une augmentation de ces pertespeut provenir de: Un excs dair excessif Un accroissement de la temprature

de sortie des fumes


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Mada 2007 101

LEXCS DAIR EXCESSIF PEUT TRE D :

Un mauvais rglage

Un problme dentretien : Entres dair parasite Mauvaise pulvrisation du combustible

Mauvaise distribution de lair dans les brleurs

LACCROISSEMENT DE LA TEMPRATURE DESFUMES PEUT TRE D


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Mada 2007 102

FUMES PEUT TRE D :

Une diminution de lexcs

dair

Une chaudire encrasse Une augmentation de la

charge de la chaudire


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COMMENT MESURER LA QUALIT DE LACOMBUSTION ?


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Mada 2007 104

COMBUSTION ?

Inspection visuelle de la flamme ?

Inspection visuelle des fumes ?

Analyse des fumes ?

OBSERVATIONS VISUELLES


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Mada 2007 105

OBSERVATIONS VISUELLES

La flamme couleur et opacit

Les fumes

couleur et opacit

Rsultat normal:

peu prs la combustionoptimale2 4 % de diffrence derendement


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MESURE DE LA TEMPRATURE DES FUMES


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Mada 2007 107

MESURE DE LA TEMPRATURE DES FUMES

Mesure de la temprature desfumes de combustion au point leplus proche de la sortie de lachaudire

Mesure de la temprature de lair decombustion lentre de la chaudire

Thermocouple

Thermomtre cadran

ANALYSEURS DES FUMES DE COMBUSTION


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Mada 2007 108

ANALYSEURS DES FUMES DE COMBUSTION

Mesure des teneurs des diffrentsconstituants CO2 et O2

Analyseur chimique (tel que lOrsat et leFyrite)

ou

Analyseur lectronique mesure en plusla teneur en CO et les imbrls


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ANALYSEURS DES FUMES DE


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Mada 2007 110

COMBUSTION

VALEURS LIMITES DES PARAMTRESDE COMBUSTION


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Mada 2007 111

DE COMBUSTION

21.2 - 2.813 - 125 - 12Butane/Propane

44.9 - 814.5 - 11.530 - 60Charbon

Fioul N2 3 -4

Fioul N7 2

2.2 - 3.50.9 - 2.2

14.5 - 1315.5 - 14.5

10 - 205 - 10

Fioul < 10 t/h> 10 t/h

Indice denoircissementO2CO2% excsdairOMBUSTIBLE

Exemple: calcul de rendement


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M. MADA Ecole Mohammadia DIngnieurs

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A lessai, une chaudire aquatubulaire transformait 10 000 kg/h deau 1720

kPa (eff) et 105C en vapeur 1 500 kPa (abs.) et 240C. Le dbit du fuel n 2tait de 805 L/h. Selon les essais en laboratoire,

on a dtermin un PCS de 38,68 MJ/kg. On peut calculer le rendement de la

chaudire partir de ces donnes.

1 Mthode directe

Selon les tables de vapeur surchauffe:

Enthalpie de la vapeur 1500 kPa (abs.) et 240C = 2899,2 kJlkg

Enthalpie de leau 105C = 440,17 kJ/kg

10 000 x ( 2 899,2 - 440,17)Rendement 100

805 x 38,68 x 1 000

79,0%

2 Mthode indirecte

Selon cette mthode, on mesure le rendement de la chaudire en soustrayant lest d h l d l h di d dbit l ifi d b tibl l t t di i


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pertes de chaleur de la chaudire du dbit calorifique du combustible, le tout divispar le dbit calorifique.

Pression de vapeur la sortie de la chaudire 1500 kPa(abs) Temprature de la vapeur la sortie de la chaudire 240C Temprature de leau lentre de la chaudire 105C Temprature de lair autour de la chaudire 20C Temprature des gaz de combustion qui schappent 260C

de la chaudire Temprature du combustible 20C Taux dvaporation de leau 10000 kg/h Dbit de combustible 805 l/h PCS du Fuel 38,68 MJ/l

Documents

présentation_ chaudières2bis