Extrait du livre blanc gratuit : Grandeurs d’influence et de mesure dans les installations de combustion et les chaudières et leur importance pour l’optimisation du rendement et des émissions

Production de chaleur dans les installations de combustion et les chaudières

Installation à chaudière

Les chaudières fournissent l’énergie thermique nécessaire à la production d’électricité, au chauffage des bâtiments, à la fabrication de ciment et de verre et pour encore beaucoup d’autres applications industrielles. Grâce aux combustibles tels que le charbon, le fioul ou le gaz, elles sont capables de fournir de grandes quantités d’énergie avec un bon rendement total.

Etant donné qu’il faut une grande quantité de combustibles pour la production de chaleur, il est donc important de régler les chaudières de sorte à obtenir un rendement le plus élevé possible et ainsi d'abaisser les émissions polluantes au maximum - d'autant plus que les réglementations concernant les valeurs limites d’émissions polluantes tels que de NOx, CO et CO₂ deviennent de plus en plus sévères.

Pour cette raison, le niveau des émissions est déterminé lors de la mise en service et de la maintenance des chaudières et brûleurs ainsi que lors des mesures officielles. A l’aide de ces données, la rentabilité de l’installation et le réglage du brûleur peuvent être évalués en détail. Il est important de connaître les principes de base du processus de combustion et de comprendre l’influence des différentes grandeurs de mesure et de réglage sur les performances et les émissions de polluants afin de pouvoir optimiser l’efficacité d’une chaudière et adapter les émissions aux exigences réglementaires.

Le processus de combustion dans les installations de combustion et les chaudières

Processus de combustion dans une chaudière

Du carbone ou des composés hydrocarbonés sont brûlés avec l’oxygène de l'air dans les systèmes à chaudière pour produire de la chaleur. Cette combustion a lieu dans un foyer fermé. L’énergie thermique produite est ensuite cédée à un fluide caloporteur au moyen d’un échangeur thermique pour être véhiculée à sa destination. Les combustibles solides sont brûlés dans un lit fixe, dans un lit fluidisé ou dans un nuage pulvérisé, les combustibles liquides sont injectés dans le foyer et les combustibles gazeux sont directement mélangés à l’air comburant dans le brûleur.

Les autres composants de l’installation servent à l'alimentation en combustible et à sa répartition, au transfert et à l’évacuation de la chaleur ainsi qu’à l’évacuation des gaz de combustion et des résidus de combustion tels que les cendres et les scories.

La combustion produit de nombreuses substances qui sont évacuées du foyer sous forme de fumées. La vapeur d’eau et le dioxyde de carbone (CO₂) forment la plus grande part des fumées ou des gaz de fumée ; ils constituent des produits de réaction du combustible et de l’air comburant. De plus, le gaz de fumée contient des oxydes d'azote (NOx) ou du monoxyde de carbone (CO) et des parts de combustible imbrûlés, en fonction de l’alimentation en air. En raison d’impuretés contenues dans les combustibles, le gaz de fumée peut aussi contenir du sulfure d’hydrogène, des oxydes de soufre, de l'acide fluorhydrique (HF) et de l’acide chlorhydrique (HCI), de plus, on y trouve souvent de la suie, des métaux lourds et des poussières.

Réactions chimiques lors du processus de combustion

Composition de l’air à la surface terrestre

L’air comburant ou air de combustion est déjà composé de plusieurs substances. Il contient surtout de l’azote (N2) et de l’oxygène (O2), un taux variable de vapeur d’eau ainsi que des traces de dioxyde de carbone (CO2), d’hydrogène (H2) et de gaz inertes. A l'exception de l’oxygène et d’une faible part d’azote, ces composants se retrouvent aussi dans les fumées.

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