Qu'est-ce que la combustion de chaudière?
La combustion de chaudière est l'étude de la façon dont les combustibles sont brûlés dans les chaudières qui chauffent de l'eau pour la vapeur. Il existe de nombreuses applications pour les chaudières à vapeur, notamment le chauffage par procédé chimique, le chauffage à la vapeur pour les bâtiments et l'eau chaude, et la vapeur pour entraîner des générateurs à turbine électriques. La combustion est la réaction des carburants avec l'oxygène de l'air pour créer de la chaleur utilisée pour la production de vapeur.
Différents combustibles peuvent être utilisés pour la combustion dans les chaudières, notamment le gaz naturel, le mazout et les biocarburants produits à partir de plantes ou de déchets animaux. Lorsque du carburant est pulvérisé ou atomisé dans une chaudière avec de l'air, une bobine d'allumage ou une petite flamme de veilleuse peut enflammer le mélange. La combustion dégage beaucoup de chaleur, dont certaines réchauffent l'eau à la vapeur, et d'autres sont perdues à cause des radiations et des pertes de fumée. Le rayonnement est une perte de chaleur infrarouge qui se produit d'une chaudière chaude dans une pièce plus froide. Les pertes de combustion sont des gaz chauffés qui sont évacués de la chaudière à travers son conduit ou son évent.
Les propriétaires et les opérateurs sont intéressés à maximiser l'efficacité de la combustion de la chaudière. Les principaux problèmes à prendre en compte sont l’efficacité de la combustion, la capacité des mélanges d’air et de carburant à brûler et la réduction des pertes de chaleur. La perte de chaleur par rayonnement peut être minimisée avec une isolation adéquate de la chaudière et de la tuyauterie de vapeur. La conception et les commandes de la chaudière peuvent être utilisées pour maximiser l'efficacité de la combustion.
La zone de combustion d’une chaudière comporte normalement des tubes contenant de l’eau et de la vapeur traversant une boîte ouverte pouvant contenir des brûleurs et des commandes. La conception des tubes peut améliorer l'efficacité en utilisant des systèmes multi-passes. Les tubes d’eau entrant dans la chaudière peuvent d’abord passer par la zone des gaz de combustion, ce qui absorbe une partie de la chaleur perdue et préchauffe l’eau. Les tubes peuvent ensuite traverser la zone de combustion plus d'une fois pour utiliser pleinement la chaleur de combustion, ce qui améliore également l'efficacité.
Le rendement de combustion de la chaudière pour les mélanges d’air et de carburant est essentiel au bon fonctionnement de la chaudière. Une molécule de carburant nécessite une quantité théorique d'oxygène pour brûler complètement, mais en réalité, un excès d'oxygène est nécessaire en raison de diverses pertes dans la zone de combustion. L'air contient environ 21% d'oxygène. Par conséquent, l'azote non brûlé dans l'air doit également être chauffé dans la chaudière et ventilé par la cheminée. Cela affecte également l'efficacité de la chaudière et produit des composés azotés liés aux pluies acides et à la formation de smog.
Trop d'oxygène réduit la température de combustion de la chaudière, peut générer des polluants indésirables et nécessite du combustible pour chauffer l'oxygène et l'azote non utilisés. Un manque d'oxygène peut réduire l'efficacité de la chaudière et créer de la suie et d'autres sous-produits susceptibles de l'endommager au fil du temps. Des recherches ont montré que la surveillance des concentrations d'oxygène et de gaz de combustion dans les gaz de combustion et le maintien d'une température de combustion appropriée peuvent optimiser les performances de la chaudière.
Les petites chaudières peuvent être réglées manuellement à l'aide de capteurs de gaz de combustion et de thermomètres à gaz de combustion, mais de nombreuses chaudières peuvent bénéficier de commandes automatiques. Les chaudières peuvent ne pas fonctionner à un seul point de fonctionnement, mais les demandes de vapeur ou les conditions de fonctionnement varient, ce qui rend les réglages de rendement manuels peu pratiques. Les anciennes chaudières peuvent être équipées ultérieurement de commandes électroniques qui fournissent un retour d'information aux pompes d'alimentation en air et en carburant afin d'obtenir le meilleur rapport de combustion.