La compatibilité des performances de combustion d'un brûleur fioul (gaz) pleinement actif et performant sur une chaudière dépend en grande partie de la compatibilité des caractéristiques dynamiques des deux brûleurs. Seule une parfaite compatibilité permet d'optimiser les performances du brûleur, d'assurer une combustion stable dans le foyer, d'atteindre le rendement calorifique attendu et d'obtenir un excellent rendement thermique de la chaudière.
1. Correspondance des caractéristiques dynamiques du gaz
Un seul brûleur pleinement actif agit comme un lance-flammes : il projette la grille de combustion dans le four (chambre de combustion), assure une combustion efficace et dégage de la chaleur. L'efficacité de la combustion du produit est mesurée par le fabricant du brûleur, dans une chambre de combustion standard spécifique. Par conséquent, les conditions des essais standard sont généralement utilisées comme conditions de sélection des brûleurs et des chaudières. Ces conditions peuvent être résumées comme suit :
(1) Puissance;
(2) Pression du flux d’air dans le four ;
(3) La taille de l’espace et la forme géométrique (diamètre et longueur) du four.
La soi-disant correspondance des caractéristiques dynamiques du gaz fait référence au degré auquel ces trois conditions sont remplies.
2. Puissance
La puissance du brûleur indique la masse (kg) ou le volume (m³/h, dans des conditions normales) de combustible qu'il peut brûler par heure lorsqu'il est entièrement brûlé. Elle indique également la production d'énergie thermique correspondante (kW/h ou kcal/h). La chaudière est calibrée pour la production de vapeur et la consommation de combustible. Ces deux paramètres doivent correspondre lors du choix.
3. Pression du gaz dans le four
Dans une chaudière à fioul (gaz), le flux de gaz chauds part du brûleur, traverse le foyer, l'échangeur de chaleur, le collecteur de fumées et le conduit d'échappement, puis est évacué dans l'atmosphère, formant un processus thermique fluide. La hauteur de charge amont du flux d'air chaud généré après la combustion s'écoule dans le canal du foyer, comme l'eau d'une rivière, la différence de charge (chute d'eau) s'écoulant vers le bas. Les parois du foyer, les canaux, les coudes, les chicanes, les gorges et les cheminées opposent une résistance (appelée résistance à l'écoulement) au flux de gaz, ce qui entraîne une perte de charge. Si la hauteur de charge ne peut compenser les pertes de charge en cours de route, le flux ne sera pas assuré. Par conséquent, une certaine pression des fumées doit être maintenue dans le foyer, appelée contre-pression pour le brûleur. Pour les chaudières sans dispositif de tirage, la pression du foyer doit être supérieure à la pression atmosphérique, compte tenu de la perte de charge en cours de route.
L'importance de la contre-pression affecte directement le rendement du brûleur. Cette contre-pression est liée à la taille du foyer, à la longueur et à la géométrie du conduit de fumée. Les chaudières présentant une importante résistance à l'écoulement nécessitent une pression de brûleur élevée. Pour un brûleur spécifique, la hauteur de charge est élevée, ce qui correspond à un registre important et à un débit d'air important. Lorsque le papillon d'admission change, le volume d'air et la pression changent également, ainsi que le rendement du brûleur. La hauteur de charge est faible lorsque le volume d'air est faible, et élevée lorsque le volume d'air est important. Pour un récipient spécifique, lorsque le volume d'air entrant est important, la résistance à l'écoulement augmente, ce qui accroît la contre-pression du foyer. L'augmentation de la contre-pression du foyer limite le débit d'air du brûleur. Il est donc essentiel de bien comprendre ce paramètre lors du choix d'un brûleur. Sa courbe de puissance est donc raisonnablement adaptée.
4. Influence de la taille et de la géométrie du four
Pour les chaudières, la taille de l'espace du four est d'abord déterminée par la sélection de l'intensité de charge thermique du four lors de la conception, sur la base de laquelle le volume du four peut être déterminé au préalable.
Une fois le volume du four déterminé, il convient également de déterminer sa forme et ses dimensions. Le principe de conception consiste à exploiter pleinement le volume du four afin d'éviter autant que possible les angles morts. Il doit avoir une certaine profondeur, un sens d'écoulement raisonnable et un temps d'inversion suffisant pour permettre au combustible de brûler efficacement. Autrement dit, il faut laisser aux flammes éjectées du brûleur un temps de pause suffisant dans le four, car bien que les particules d'huile soient très fines (< 0,1 mm), le mélange gazeux s'est enflammé et a commencé à brûler avant d'être éjecté du brûleur, mais ce temps est insuffisant. Un four trop peu profond et un temps de pause insuffisant entraîneront une combustion inefficace. Dans le pire des cas, le niveau de CO2 dans les gaz d'échappement sera faible, de la fumée noire sera émise et la puissance ne sera pas suffisante. Par conséquent, lors du calcul de la profondeur du four, il convient d'adapter autant que possible la longueur de la flamme. Pour le type de retour de flamme intermédiaire, le diamètre de la sortie doit être augmenté et le volume occupé par le gaz de retour doit être augmenté.
La géométrie du four influence considérablement la résistance à l'écoulement de l'air et l'uniformité du rayonnement. Une chaudière doit être régulièrement mise au point avant d'obtenir une bonne adéquation avec le brûleur.
Date de publication : 15 décembre 2023
