Régulation du processus de combustion (Principes de base de la combustion)

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Pour une combustion optimale, il est nécessaire d’utiliser plus d’air que ne le suggère le calcul théorique. réaction chimique(air stœchiométrique).

Ceci est dû à la nécessité d’oxyder tout le carburant disponible.

La différence entre la quantité réelle d’air et la quantité stœchiométrique d’air est appelée excès d’air. En règle générale, l'excès d'air varie de 5 à 50 % selon le type de combustible et de brûleur.

En règle générale, plus il est difficile d’oxyder le carburant, plus il faut d’excès d’air.

L'excès d'air ne doit pas être excessif. Un apport excessif d'air de combustion réduit la température des fumées et augmente les pertes de chaleur du générateur de chaleur. De plus, à partir d’une certaine quantité limite d’excès d’air, la torche refroidit trop et du CO et de la suie commencent à se former. À l’inverse, un manque d’air provoque une combustion incomplète et les mêmes problèmes évoqués ci-dessus. Par conséquent, pour garantir une combustion complète du carburant et un rendement de combustion élevé, la quantité d’air en excès doit être régulée très précisément.

L'exhaustivité et l'efficacité de la combustion sont vérifiées en mesurant la concentration de monoxyde de carbone CO dans les fumées. S’il n’y a pas de monoxyde de carbone, la combustion est complète.

Indirectement, le niveau d'air excédentaire peut être calculé en mesurant la concentration d'oxygène libre O 2 et/ou de dioxyde de carbone CO 2 dans les gaz de combustion.

La quantité d’air sera environ 5 fois supérieure à la quantité mesurée de carbone en pourcentage volumique.

Quant au CO 2, sa quantité dans les fumées dépend uniquement de la quantité de carbone présente dans le combustible, et non de la quantité d'air en excès. Sa quantité absolue sera constante, mais le pourcentage de volume variera en fonction de la quantité d'air en excès dans les fumées. En l'absence d'excès d'air, la quantité de CO 2 sera maximale ; avec une augmentation de la quantité d'air en excès, le pourcentage volumique de CO 2 dans les fumées diminue. Moins d’excès d’air correspond à plus CO 2 et vice versa, la combustion est donc plus efficace lorsque la quantité de CO 2 est proche de sa valeur maximale.

La composition des gaz de combustion peut être représentée sur un graphique simple à l'aide d'un « triangle de combustion » ou triangle d'Ostwald, tracé pour chaque type de combustible.

À l'aide de ce graphique, connaissant le pourcentage de CO 2 et d'O 2, nous pouvons déterminer la teneur en CO et la quantité d'air en excès.

A titre d'exemple sur la Fig. La figure 10 montre le triangle de combustion du méthane.

Figure 10. Triangle de combustion du méthane

L'axe X indique le pourcentage d'O2 et l'axe Y indique le pourcentage de CO2. L'hypoténuse va du point A, correspondant à la teneur maximale en CO 2 (selon le carburant) à teneur nulle en O 2, au point B, correspondant à la teneur nulle en CO 2 et à la teneur maximale en O 2 (21 %). Le point A correspond aux conditions de combustion stœchiométrique, le point B correspond à l'absence de combustion. L'hypoténuse est l'ensemble des points correspondant à une combustion idéale sans CO.

Les lignes droites parallèles à l'hypoténuse représentent différents pourcentages de CO.

Supposons que notre système fonctionne au méthane et que l'analyse des gaz de combustion montre que la teneur en CO 2 est de 10 % et la teneur en O 2 est de 3 %. À partir du triangle du méthane, nous constatons que la teneur en CO est de 0 et la teneur en air en excès est de 15 %.

Le tableau 5 indique la teneur maximale en CO 2 pour différents types carburant et la valeur qui correspond à une combustion optimale. Cette valeur est recommandée et calculée en fonction de l'expérience. Il est à noter que lorsque la valeur maximale est extraite de la colonne centrale, il est nécessaire de mesurer les émissions selon la procédure décrite au chapitre 4.3.

Publié : 21.11.2009 | |

Denis Ryndin,
ingénieur en chef de "Water Technology"

Actuellement, les questions d'augmentation de l'efficacité des installations de chauffage et de réduction de la pression environnementale sur l'environnement sont particulièrement aiguës. Le plus prometteur, à cet égard, est l'utilisation de la technologie de condensation, capable de réaliser le plus grand nombre de en entier résoudre l’ensemble des problèmes décrits. La société Vodnaya Tekhnika s'est toujours efforcée d'introduire des produits modernes et efficaces équipement de chauffage. Dans ce contexte, son intérêt pour la technologie de la condensation, la plus efficace, la plus technologique et la plus prometteuse, est naturel et justifié. Ainsi, en 2006, l'un des domaines prioritaires développement de l'entreprise - promotion des équipements de condensation sur le marché ukrainien. À cette fin, un certain nombre d'événements sont prévus, parmi lesquels une série d'articles de vulgarisation destinés à ceux qui découvrent cette technologie pour la première fois. Dans cet article, nous tenterons d'aborder les principales questions de mise en œuvre et d'application du principe de condensation de la vapeur d'eau dans la technologie du chauffage :

• Quelle est la différence entre la chaleur et la température ?
• L’efficacité peut-elle être supérieure à 100 % ?

Quelle est la différence entre la chaleur et la température ?

La température est le degré d'échauffement d'un corps (énergie cinétique des molécules du corps). La valeur est très relative et peut être facilement illustrée à l'aide des échelles Celsius et Fahrenheit. Dans la vie de tous les jours, on utilise l'échelle Celsius, sur laquelle 0 est le point de congélation de l'eau et 100° est le point d'ébullition de l'eau à pression atmosphérique. Étant donné que les points de congélation et d'ébullition de l'eau ne sont pas bien définis, l'échelle Celsius est actuellement définie à l'aide de l'échelle Kelvin : les degrés Celsius sont égaux aux degrés Kelvin et le zéro absolu est considéré comme étant de −273,15 °C. L'échelle Celsius est pratiquement très pratique car l'eau est très présente sur notre planète et notre vie est basée sur elle. Zéro Celsius est un point particulier pour la météorologie, car le gel de l'eau atmosphérique change tout de manière significative. En Angleterre et notamment aux USA, l'échelle Fahrenheit est utilisée. Dans cette échelle, l'intervalle de la température elle-même est divisé en 100 degrés. hiver froid dans la ville où vivait Fahrenheit, à une température corps humain. Zéro Celsius équivaut à 32 degrés Fahrenheit et un degré Fahrenheit équivaut à 5/9 degrés Celsius.

Conversion de température entre les échelles principales
	Kelvin	Celsius	Fahrenheit
			= (F + 459,67) / 1,8
			= (F−32) / 1,8
	K 1,8 − 459,67

Tableau 1 Unités de température

Afin d'imaginer plus clairement la différence entre les notions de température et de chaleur, considérons l'exemple suivant : Exemple avec de l'eau chauffée : Disons que nous avons chauffé une certaine quantité d'eau (120 litres) à une température de 50°C, et comment peut-on chauffer beaucoup d'eau à une température de 40 °C, en utilisant la même quantité de chaleur (combustible brûlé) ? Par souci de simplicité, nous supposerons que dans les deux cas la température initiale de l’eau est de 15 °C.

Figure 1 Exemple 1

Comme on peut le voir de exemple clair, la température et la quantité de chaleur sont des concepts différents. Ceux. corps à différentes températures, peuvent avoir la même énergie thermique, et vice versa : les corps ayant la même température peuvent avoir des l'énérgie thermique. Pour simplifier les définitions, une valeur spéciale a été inventée : Enthalpie L'enthalpie est la quantité de chaleur contenue dans une unité de masse d'une substance [kJ/kg] V conditions naturelles sur Terre, il existe trois états agrégés de l'eau : solide (glace), liquide (eau elle-même), gazeux (vapeur d'eau). Le passage de l'eau d'un état agrégé à un autre s'accompagne d'un changement dans l'énergie thermique du corps à une température constante (l'état change, pas la température, en d'autres termes - toute la chaleur est dépensée pour changer l'état et non pour chauffer) Chaleur sensible - cette chaleur dans laquelle un changement dans la quantité de chaleur fournie au corps provoque un changement de température Chaleur latente - la chaleur de vaporisation (condensation) est la chaleur qui ne modifie pas la température du corps, mais sert à modifier l'état physique du corps. Illustrons ces concepts avec un graphique sur lequel l'enthalpie (la quantité de chaleur fournie) sera tracée le long de l'axe des ordonnées et la température le long de l'axe des ordonnées. Ce graphique montre le processus de chauffage d'un liquide (eau).

Figure 2 Graphique d'Enthalpie – Température, pour l'eau

UN B l'eau est chauffée d'une température de 0 ºС à une température de 100 ºС (dans ce cas, toute la chaleur fournie à l'eau sert à augmenter sa température)
AVANT JC l'eau bout (dans ce cas, toute la chaleur fournie à l'eau est utilisée pour la transformer en vapeur, la température reste constante à 100 ºС)
CD toute l'eau s'est transformée en vapeur (bouillie) et maintenant la chaleur est utilisée pour augmenter la température de la vapeur.

Composition des fumées lors de la combustion combustible gazeux

Le processus de combustion est le processus d'oxydation des composants combustibles du carburant à l'aide de l'oxygène de l'air, qui libère de la chaleur. Regardons ce processus :

Figure 3 Composition du gaz naturel et de l'air

Voyons comment se développe la réaction de combustion du carburant gazeux :

Figure 4 Réaction de combustion d'un combustible gazeux

Comme le montre l’équation de la réaction d’oxydation, nous obtenons gaz carbonique, la vapeur d'eau (gaz de combustion) et la chaleur. La chaleur dégagée lors de la combustion du combustible est appelée pouvoir calorifique inférieur du combustible (PCI). Si nous refroidissons les fumées, alors dans certaines conditions la vapeur d'eau commencera à se condenser (passage de l'état gazeux à l'état liquide) .

Figure 5 Dégagement de chaleur latente lors de la condensation de la vapeur d'eau

Dans ce cas, une quantité supplémentaire de chaleur sera dégagée (chaleur latente de vaporisation/condensation). La somme du pouvoir calorifique inférieur d’un combustible et de la chaleur latente de vaporisation/condensation est appelée pouvoir calorifique supérieur du combustible (PCS).

Naturellement, plus il y a de vapeur d'eau dans les produits de combustion, plus plus de différence entre les valeurs calorifiques supérieures et inférieures du carburant. À son tour, la quantité de vapeur d'eau dépend de la composition du carburant :

Tableau 2 Valeurs des valeurs calorifiques supérieures et inférieures pour divers types carburant

Comme le montre le tableau ci-dessus, nous pouvons obtenir la plus grande chaleur supplémentaire en brûlant du méthane. Composé gaz naturel n'est pas constant et dépend du dépôt. La composition moyenne du gaz naturel est présentée à la figure 6.

Figure 6 Composition du gaz naturel

Conclusions intermédiaires :

1. En utilisant la chaleur latente de vaporisation/condensation, vous pouvez obtenir plus de chaleur que celle libérée lors de la combustion du carburant.

2. Le combustible le plus prometteur, à cet égard, est le gaz naturel (la différence entre les pouvoirs calorifiques supérieurs et inférieurs est supérieure à 10 %).

Quelles conditions faut-il créer pour que la condensation commence ? Point de rosée.

La vapeur d'eau présente dans les gaz de combustion a des propriétés légèrement différentes de celles de la vapeur d'eau pure. Ils sont en mélange avec d'autres gaz et leurs paramètres correspondent aux paramètres du mélange. Par conséquent, la température à laquelle commence la condensation diffère de 100 ° C. La valeur de cette température dépend de la composition des fumées, qui à son tour est une conséquence du type et de la composition du combustible, ainsi que du coefficient d'excès d'air. La température des gaz de combustion à laquelle commence la condensation de la vapeur d'eau dans les produits de combustion du carburant est appelée point de rosée.

Figure 7 Point de rosée

Conclusions intermédiaires :

1. La tâche de la technologie de condensation est de refroidir les produits de combustion en dessous du point de rosée et d'évacuer la chaleur de condensation, en l'utilisant à des fins utiles.

Le rendement d’une chaudière à gaz peut-il être supérieur à 100 % ?

Prenons caractéristiques techniques une chaudière montée arbitrairement :

Puissance totale de la chaudière = 23 000 Kcal/h (26,7 KW) ;

Puissance nette de la chaudière = 21 000 Kcal/h (24,03 KW) ;

En d'autres termes, la puissance thermique maximale du brûleur est de 23 000 Kcal/h (la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion du combustible), et quantité maximale la chaleur reçue par le liquide de refroidissement est de 21 000 Kcal/h.

Où va la différence entre eux ? Une partie de la chaleur générée (6 à 8 %) est perdue avec les gaz de combustion et une autre (1,5 à 2 %) est dissipée dans l'espace environnant à travers les parois de la chaudière.

Si l’on additionne ces valeurs, on peut écrire l’équation suivante :

Si l'on divise la puissance utile de la chaudière par le total et que l'on multiplie le résultat par 100%, on obtient le coefficient action utile chaudière (rendement) en %.

Si nous lisons attentivement le texte de la définition, nous verrons que la puissance totale de la chaudière est égale à la quantité de chaleur dégagée lors de la combustion du combustible par unité de temps.

Ainsi, cette valeur dépend directement du pouvoir calorifique inférieur du combustible, et ne prend pas en compte la chaleur qui peut être dégagée lors de la condensation de la vapeur d'eau des produits de combustion.

En d’autres termes, il s’agit du rendement de la chaudière, par rapport au pouvoir calorifique inférieur du combustible.

Si l'on prend en compte la valeur de la chaleur de condensation de la vapeur d'eau (voir tableau 1), alors on peut présenter l'image suivante de la répartition des flux thermiques dans une chaudière sans condensation.

Figure 9 Répartition des flux thermiques dans une chaudière sans condensation

Alors, comme dans une chaudière à condensation, la répartition des flux thermiques ressemblera à ceci :

Figure 10 Répartition des flux thermiques dans une chaudière à condensation

Conclusions intermédiaires :
1. Un rendement de 100 % ou plus est possible si le pouvoir calorifique de combustion le plus bas, et non le plus élevé, est pris comme point de référence.
2. Nous ne pouvons pas utiliser pleinement toute la chaleur (sensible et latente) pour des raisons techniques, c'est pourquoi le rendement de la chaudière ne peut pas être égal ou supérieur à 111 % (par rapport au pouvoir calorifique inférieur du combustible).

Modes de fonctionnement des chaudières à condensation

Les chaudières gaz à condensation peuvent être installées dans n’importe quel système de chauffage. La quantité de chaleur de condensation utilisée et l'efficacité, en fonction du mode de fonctionnement, dépendent du calcul correct du système de chauffage.

Pour utiliser efficacement la chaleur de condensation de la vapeur d'eau contenue dans les fumées, il est nécessaire de refroidir les fumées à une température inférieure au point de rosée. Le degré d'utilisation de la chaleur de condensation dépend des températures calculées du liquide de refroidissement dans le système de chauffage et du nombre d'heures travaillées en mode condensation. Ceci est illustré dans les graphiques 11 et 13, où la température du point de rosée est de 55 °C.

Système de chauffage 40/30 °C

Figure 11 Calendrier de fonctionnement du système basse température

La capacité productive des chaudières à condensation d'un tel système de chauffage pendant toute la période de chauffage est d'une grande importance. Les basses températures de retour sont toujours inférieures à la température du point de rosée, de sorte que de la condensation se produit constamment. Cela se produit dans les systèmes de chauffage par panneaux à basse température ou dans le chauffage par le sol. Une chaudière à condensation est idéale pour de tels systèmes.

Figure 12 Conditions de température de la pièce lors de l'utilisation du chauffage par le sol et des convecteurs

Les systèmes de chauffage par le sol à eau présentent de nombreux avantages par rapport aux systèmes traditionnels :

• Confort accru. Le sol devient chaud et agréable à parcourir, car le transfert de chaleur s'effectue à partir d'une grande surface avec une température relativement basse.
• Chauffage uniforme de toute la surface de la pièce, et donc chauffage uniforme. Une personne se sent aussi bien près d’une fenêtre qu’au milieu d’une pièce.
• Répartition optimale de la température sur toute la hauteur de la pièce. La figure 12 illustre la répartition approximative des températures sur la hauteur de la pièce lors de l'utilisation du chauffage traditionnel et du chauffage par le sol. La répartition de la température avec le chauffage par le sol est perçue par une personne comme la plus favorable. Il faut également noter une réduction des pertes de chaleur à travers le plafond, car la différence de température entre l'air intérieur et l'air extérieur est considérablement réduite et nous recevons une chaleur confortable uniquement là où cela est nécessaire, plutôt que de chauffer l'environnement à travers le toit. Cela permet d'utiliser efficacement le système de chauffage par le sol pour les bâtiments avec de hauts plafonds - églises, salles d'exposition, gymnases, etc.

• Hygiène. Il n’y a pas de circulation d’air, les courants d’air sont réduits, ce qui signifie qu’il n’y a pas de circulation de poussière, ce qui est un gros plus pour le bien-être des personnes, surtout si elles souffrent de maladies respiratoires.
• Une partie importante de la chaleur du sol est transférée sous forme échange de chaleur radiante. Le rayonnement, contrairement à la convection, propage immédiatement la chaleur aux surfaces environnantes.
• Il n'y a pas de déshumidification artificielle de l'air à proximité des appareils de chauffage.
• Esthétique. Il n'y a pas d'appareils de chauffage, il n'est pas nécessaire de les concevoir ou de sélectionner des tailles optimales.

Système de chauffage 75/60 ​​​​°C

Figure 13 Calendrier de fonctionnement du système haute température

Une utilisation efficace de la chaleur de condensation est également possible à des températures de conception de 75/60 ​​°C pendant 97 % de la durée de la période de chauffage. Ceci s'applique aux températures extérieures comprises entre – 11 °C et + 20 °C. Les anciens systèmes de chauffage, conçus pour des températures de 90/70 °C, fonctionnent aujourd'hui à des températures de près de 75/60 ​​°C. Même dans les installations avec eau de chauffage à 90/70 °C et avec un mode de fonctionnement dans lequel la température de l'eau de chaudière est régulée en fonction de Température extérieure, le temps d'utilisation de la chaleur de condensation est de 80 % de la durée de la période de chauffage annuelle.

Haute efficacité standardisée

Dans les exemples des figures 11 et 13, il est clairement visible que le pourcentage différent mais en même temps élevé de chaleur de condensation utilisé pour ces deux options a un impact direct sur la consommation d'énergie d'une chaudière gaz à condensation. Pour indiquer l’efficacité énergétique chaudières de chauffage Le concept d’efficacité standardisée a été introduit. La figure 14 montre la dépendance de la consommation d'énergie sur diverses températures de conception du système de chauffage.

Figure 14 Dépendance du rendement à la température de retour

Les rendements élevés et standardisés des chaudières gaz à condensation s’expliquent par les facteurs suivants :

- Mise en œuvre haute valeur CO2. Plus la teneur en CO 2 est élevée, plus la température du point de rosée des gaz de chauffage est élevée.

- Entretien basses températures La ligne de retour. Plus la température de retour est basse, plus la condensation est active et plus la température des fumées est basse.

Conclusions intermédiaires :

L'efficacité d'une chaudière à condensation dépend en grande partie de régime de température fonctionnement du système de chauffage.
Dans les nouvelles installations, toutes les possibilités pour un fonctionnement optimal de la chaudière gaz à condensation doivent être exploitées. Une efficacité élevée est atteinte lorsque les critères suivants sont remplis :
1. Limiter la température de retour à 50 °C maximum
2. Efforcez-vous de maintenir une différence de température entre le départ et le retour d'au moins 20 K
3. Ne prenez pas de mesures visant à augmenter la température de la conduite de retour (celles-ci incluent, par exemple, l'installation d'un mélangeur à quatre voies, de conduites de dérivation, de commutateurs hydrauliques).

Modalités de mise en œuvre du principe de condensation dans les chaudières montées

DANS ce moment Il existe deux manières principales de mettre en œuvre le principe de condensation de la vapeur d'eau dans les fumées : un économiseur à distance et un échangeur de chaleur en inox avec économiseur intégré

Dans le premier cas, la chaleur principale des produits de combustion est utilisée dans un échangeur de chaleur à convection conventionnel et le processus de condensation lui-même a lieu dans une unité séparée - un économiseur à distance. Cette conception permet l'utilisation de composants et d'assemblages utilisés dans les chaudières conventionnelles sans condensation, mais ne permet pas d'exploiter pleinement le potentiel de la technologie à condensation.

Figure 17 Chaudière à condensation avec économiseur à distance

Un échangeur de chaleur avec économiseur intégré se compose de 4 à 7 éléments d'échange de chaleur (serpentins). Chaque élément d'échange thermique, à son tour, est constitué de 4 tours d'un tube rectangulaire lisse en acier inoxydable d'une épaisseur de paroi d'env. 0,8 mm (voir Figure 18).

Figure 18 Schéma du mouvement des fumées entre les spires de l'échangeur de chaleur

Devant la plaque isolante se trouvent plusieurs éléments d'échange thermique. Ils jouent le rôle de « premier étage », puisqu'il ne se produit ici qu'une condensation mineure. Le quatrième et, par conséquent, le cinquième élément d'échange thermique sont situés derrière la plaque isolante. Dans cette "étape de condensation" se produit processus principal condensation

Les avantages de ce principe sont un transfert de chaleur très efficace et, d'autre part, l'élimination des bruits d'ébullition provoqués par des débits élevés dans des conduites lisses.
Le prochain avantage de cet échangeur de chaleur est sa faible tendance au chaulage, car les petites sections des tuyaux créent un niveau élevé de turbulence.
La surface lisse des tubes en acier inoxydable et le sens d'écoulement vertical assurent un effet autonettoyant.
Le raccordement retour de l'échangeur de chaleur se trouve à l'arrière, le raccordement départ se trouve à l'avant. Une évacuation des condensats est installée sur l'échangeur thermique.
Le collecteur de gaz d'échappement avant le raccordement de la canalisation « alimentation en air / évacuation des gaz d'échappement » est en plastique.

Figure 19 Schéma hydraulique d'une chaudière à condensation avec économiseur intégré

Figure 20 Vue en coupe de l'échangeur de chaleur d'une chaudière à condensation avec économiseur intégré

Combustion de gaz conventionnelle et combustion à prémélange complet

La plupart des chaudières à chambre de combustion ouverte ont le même principe de combustion du gaz. En raison de l’énergie cinétique du jet de gaz, l’air y est aspiré.

Figure 19 Principe de combustion des gaz dans les brûleurs atmosphériques (buse Venturi)

Le gaz combustible est fourni sous pression à la buse. Ici, à cause du rétrécissement du passage énergie potentielle la pression se transforme en énergie cinétique du jet. Grâce à la section géométrique spéciale de la buse Venturi, l'air primaire est mélangé. Directement dans la buse, le gaz et l'air sont mélangés (un mélange gaz-air se forme). A la sortie de la buse, l'air secondaire est mélangé. La puissance du brûleur change en fonction des changements de pression du gaz ; la vitesse du jet de gaz et la quantité d'air aspiré changent en conséquence.
Les avantages de cette conception sont sa simplicité et son silence.
Limites et inconvénients : excès d'air important, profondeur de modulation limitée, abondance d'émissions nocives.

Dans les chaudières à chambre de combustion fermée, le principe de combustion du gaz est similaire à celui décrit ci-dessus. La différence réside uniquement dans l'émission forcée de produits de combustion et l'apport d'air pour la combustion. Tous les avantages et inconvénients des brûleurs atmosphériques sont valables pour les chaudières à chambre de combustion fermée.

Les chaudières à condensation utilisent le principe du « Pré-mélange complet du gaz et de l'air ». L'essence de cette méthode est le mélange de gaz au flux d'air, grâce au vide créé par ce dernier dans la buse Venturi.

Raccords de gaz et ventilateur
Une fois que l'unité électronique reconnaît la vitesse de démarrage du ventilateur, les vannes de gaz situées en série s'ouvrent.
Du côté aspiration du ventilateur se trouve un raccord d'alimentation en air/évacuation des gaz d'échappement à double paroi (système Venturi). Grâce à la fente annulaire, conformément au principe Venturi, un phénomène d'aspiration se produit dans la chambre au-dessus de la membrane principale de régulation du gaz dans la vanne gaz.

Figure 20 Unité de mélange à brûleur avec prémélange complet

Processus d'allumage
Le gaz passe par le canal 1 sous les membranes de contrôle. La vanne de régulation de gaz principale s'ouvre en raison de la différence de pression qui en résulte. Le gaz circule ensuite à travers le système Venturi jusqu'au ventilateur et se mélange à l'air d'admission. Le mélange gaz-air pénètre dans le brûleur et s'enflamme.
Mode modulation
La course de la vanne de régulation principale du gaz dépend de la position de la vanne de régulation. En augmentant la vitesse du ventilateur, la pression derrière la vanne de régulation de gaz principale est réduite. Le canal 2 continue de modifier la pression jusqu'à ce que la pression soit inférieure au diaphragme de la vanne de régulation. L'orifice d'écoulement de sortie continue de se fermer, ce qui diminue l'intensité de la diminution de la pression du gaz à travers le canal 2. Ainsi, par le canal 1, la pression sous la membrane de la vanne principale de régulation du gaz augmente. La vanne de contrôle principale du gaz continue de s'ouvrir, permettant ainsi à plus de gaz de s'écouler vers le ventilateur et donc à plus de gaz vers le brûleur.
Le brûleur est ainsi modulé en continu en modifiant le débit d'air de la soufflante. La quantité de gaz suit la quantité d'air dans un rapport prédéfini. Ainsi, il est possible de maintenir le taux d'excès d'air à un niveau quasi constant sur toute la plage de modulation.

Figure 21 Module thermique du brûleur avec prémélange complet

Teneur en substances nocives dans les gaz de combustion et moyens de réduire leur concentration

Actuellement, la pollution environnement prend des proportions alarmantes. La quantité d'émissions du secteur de la chaleur et de l'électricité arrive en deuxième position, après le transport routier.

Figure 22 Pourcentageémissions

La question de la réduction produits dangereux dans les produits de combustion.

Principaux polluants :

1. • Monoxyde de carbone CO
   • Oxydes d'azote NO x
   • Vapeurs acides

Il est conseillé de lutter contre les deux premiers facteurs en améliorant le processus de combustion (rapport gaz-air exact) et en réduisant la température dans le four de la chaudière.

Lors de la combustion de combustible gazeux, les acides suivants peuvent se former :

Les vapeurs acides sont parfaitement éliminées ainsi que les condensats. Jeter dans état liquide ils sont assez simples. Généralement, cela se fait en neutralisant un acide avec un alcali.

Élimination des condensats acides

Comme le montre la réaction de combustion du méthane :

Lorsque 1 m3 de gaz est brûlé, 2 m3 de vapeur d’eau se forment. Dans des conditions normales de fonctionnement d'une chaudière à condensation, environ 15 à 20 litres sont produits par jour. condensat Ce condensat a une faible acidité (environ Ph = 3,5-4,5), qui ne dépasse pas niveau admissible déchets ménagers.

Figure 23 Niveau d'acidité des condensats de chaudière à gaz

Ingrédients du condensat	Indicateurs standards, selon ATV A 251(2), mg/l	mg/l

Tableau 3 Teneur en métaux lourds dans les condensats

Par conséquent, il est permis d'évacuer les condensats dans les égouts, où ils seront neutralisés avec les déchets ménagers alcalins.
Veuillez noter que les systèmes d'évacuation des maisons sont constitués de matériaux résistants aux condensats acides.
D’après la fiche ATV A 251, il s’agit des matériaux suivants :
_ Tuyaux en céramique
_ Tuyaux rigides en PVC
_ Tuyaux PVC
_ Tuyaux en polyéthylène haute densité
_ Tuyaux en polypropylène
_ Tuyaux fabriqués à partir d'un copolymère d'acrylonitrile, de butadiène et de styrène ou d'un copolymère d'acrylonitrile, de styrène et d'esters acryliques (ABS/ASA)
_ Tubes en acier inoxydable
_ Tuyaux en borosilicate

Figure 24 Élimination des condensats

Selon les normes italiennes, le système d'évacuation des condensats ci-dessus peut être utilisé pour les systèmes de chaudières d'une puissance totale ne dépassant pas 116 kW (selon la norme allemande ATV A 251, pas plus de 200 kW). Si cette valeur est dépassée, il est nécessaire d'installer des neutraliseurs de condensats spéciaux pour granulateurs.

Figure 25 Neutralisation des condensats à l'aide d'une pompe à condensats

1. Sortie d'évacuation des condensats de chaudière
2. Tuyau d'entrée du neutralisant
3. Neutraliseur de condensats
4. Tuyau de sortie du neutralisant
5. Tuyau d'alimentation en condensats vers le collecteur de condensats
6. Collecteur de condensats
7. Raccord d'évacuation des condensats
8. Tuyau d'évacuation des condensats
9. Adaptateur
10. Assainissement
11. Pinces de montage

La figure 25 montre un exemple d'installation de neutralisation. Le condensat entrant dans le neutraliseur est d'abord filtré à travers une couche charbon actif, puis subit une neutralisation dans le volume principal. Une pompe à condensats est installée lorsqu'il est nécessaire d'évacuer les condensats au-dessus du niveau du siphon à condensats dans la chaudière. Cette conception est utilisée pour neutraliser les condensats de chaudières d'une puissance totale de 35 à 300 kW (selon la puissance de l'installation, la longueur du neutraliseur varie). Si la puissance de l'installation dépasse 300 kW, plusieurs neutraliseurs sont installés en parallèle.
Le neutralisant est extrêmement facile à entretenir et ne nécessite pas d'inspection et de réapprovisionnement en granulés plus d'une fois par an. En règle générale, l'acidité du condensat est également évaluée à l'aide de papier de tournesol.

L’argument en faveur de la technologie de condensation

	Arguments en faveur de l’efficacité
Caractéristiques	Centre de services	Consommateur	Installateur
Échangeurs de chaleur à tubes lisses en acier inoxydable Pièces transportant des fumées/condensats en plastique	Argument de vente : Long terme services, mineur frais techniques service	Bon rapport qualité/prix effet benefique merci à long durée de vie des appareils Mineure coûts de maintenance	Point de vente: longue durée de vie
Haut niveau normalisé taux d’utilisation et faibles émissions de substances nocives	Arguments de vente Une technologie de combustion de carburant prometteuse	Défaut mineur le carburant coule Mineur sur- charge sur l'environnement Mercredi	Appareil prometteur
Appareil compact et de haute qualité/design attrayant	chambres, niches, greniers Installation facile et installation	Peu d'espace requis Aucun « direct » requis appareil de voleur	Aucune chaufferie requise Possibilité d'utilisation universelle des sous-sols, résidentiels chambres, niches, greniers
Large éventail modulation		Fonctionnement efficace et économique dans toutes les plages pouvoir Fonctionnement silencieux grâce à une faible vitesse d'horloge Coûts de carburant réduits	Un modèle universel qui peut fonctionner large éventail objets

Unités de mesure des composants gazeux des produits de combustion →

Contenu des sections

Lors de la combustion de combustibles organiques dans des chaudières, divers produits combustion, tels que les oxydes de carbone CO x = CO + CO 2, la vapeur d'eau H 2 O, les oxydes de soufre SO x = SO 2 + SO 3, les oxydes d'azote NO x = NO + NO 2, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les composés fluorés , composés de vanadium V 2 O 5 , particules solides, etc. (voir tableau 7.1.1). Lorsque le combustible est incomplètement brûlé dans les fours, les gaz d'échappement peuvent également contenir des hydrocarbures CH4, C2H4, etc. Tous les produits d'une combustion incomplète sont nocifs, mais grâce à la technologie moderne de combustion des combustibles, leur formation peut être minimisée [1].

Tableau 7.1.1. Émissions spécifiques provenant de la combustion en torchère de combustibles organiques dans les chaudières électriques [3]

Légende : A p, S p – respectivement, la teneur en cendres et en soufre par masse utile de carburant, %.

Le critère d'évaluation sanitaire de l'environnement est la concentration maximale admissible (MPC) d'une substance nocive dans l'air atmosphérique au niveau du sol. La MAC doit être comprise comme la concentration de diverses substances et composants chimiques, qui, lorsqu'il est exposé quotidiennement au corps humain pendant une longue période, ne provoque aucun changements pathologiques ou des maladies.

Concentrations maximales admissibles (MPC) de substances nocives dans l'air atmosphérique zones peuplées sont donnés dans le tableau. 7.1.2 [4]. La concentration unique maximale de substances nocives est déterminée par des échantillons prélevés dans les 20 minutes, la concentration quotidienne moyenne - par jour.

Tableau 7.1.2. Concentrations maximales admissibles de substances nocives dans l'air atmosphérique des zones peuplées

Polluant	Concentration maximale admissible, mg/m3
Maximum unique	Moyenne quotidienne
La poussière n'est pas toxique	0,5	0,15
Le dioxyde de soufre	0,5	0,05
Monoxyde de carbone	3,0	1,0
Monoxyde de carbone	3,0	1,0
Dioxyde d'azote	0,085	0,04
L'oxyde nitrique	0,6	0,06
Suie (suie)	0,15	0,05
Sulfure d'hydrogène	0,008	0,008
Benz(a)pyrène	-	0,1 µg/100 m3
Pentoxyde de vanadium	-	0,002
Composés fluorés (par fluor)	0,02	0,005
Chlore	0,1	0,03

Les calculs sont effectués pour chaque substance nocive séparément, afin que la concentration de chacune d'elles ne dépasse pas les valeurs​​indiquées dans le tableau. 7.1.2. Pour les chaufferies, ces conditions sont renforcées par l'introduction d'exigences supplémentaires sur la nécessité de récapituler l'impact des oxydes de soufre et d'azote, qui est déterminé par l'expression

Dans le même temps, en raison de carences locales en air ou de conditions thermiques et aérodynamiques défavorables, des produits de combustion incomplète se forment dans les fours et les chambres de combustion, constitués principalement de monoxyde de carbone CO (monoxyde de carbone), d'hydrogène H 2 et de divers hydrocarbures, qui caractérisent la chaleur. perte dans la chaudière due à une combustion chimique incomplète (sous-combustion chimique).

De plus, le processus de combustion produit un certain nombre de composés chimiques formés en raison de l'oxydation de divers composants du carburant et de l'azote de l'air N2. La partie la plus importante d'entre eux est constituée d'oxydes d'azote NO x et d'oxydes de soufre SO x .

Les oxydes d'azote se forment en raison de l'oxydation de l'azote moléculaire présent dans l'air et de l'azote contenu dans le carburant. Des études expérimentales ont montré que la principale part des NOx formés dans les chaudières, à savoir 96÷100 %, est le monoxyde d'azote (oxyde) NO. Le dioxyde de NO 2 et l'hémioxyde d'azote N 2 O se forment en quantités nettement inférieures et leur part est d'environ : pour le NO 2 - jusqu'à 4 %, et pour le N 2 O - des centièmes de pour cent de l'émission totale de NO x. Dans des conditions typiques de torchage de combustible dans les chaudières, les concentrations de dioxyde d'azote NO 2 sont généralement négligeables par rapport à la teneur en NO et varient généralement de 0 à 7. ppm jusqu'à 20÷30 ppm. Parallèlement, un mélange rapide des régions chaudes et froides dans une flamme turbulente peut conduire à l'apparition de concentrations relativement importantes de dioxyde d'azote dans les zones froides de l'écoulement. De plus, une émission partielle de NO 2 se produit dans la partie supérieure du four et dans le conduit horizontal (avec T> 900÷1000 K) et dans certaines conditions peuvent également atteindre des tailles notables.

L'hémioxyde d'azote N 2 O, formé lors de la combustion de carburants, est apparemment une substance intermédiaire à court terme. N 2 O est pratiquement absent des produits de combustion derrière les chaudières.

Le soufre contenu dans le carburant est source de formation d'oxydes de soufre SO x : anhydrides de dioxyde de soufre SO 2 (dioxyde de soufre) et de soufre SO 3 (trioxyde de soufre). L'émission massique totale de SO x dépend uniquement de la teneur en soufre du combustible S p , et leur concentration dans les fumées dépend également du coefficient de débit d'air α. En règle générale, la part du SO 2 est de 97÷99 % et la part du SO 3 est de 1÷3 % du rendement total du SO x. La teneur réelle en SO 2 dans les gaz sortant des chaudières varie de 0,08 à 0,6 % et la concentration en SO 3 varie de 0,0001 à 0,008 %.

Parmi les composants nocifs des gaz de combustion, un grand groupe d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) occupe une place particulière. De nombreux HAP ont une activité cancérigène et (ou) mutagène élevée et activent le smog photochimique dans les villes, ce qui nécessite un contrôle et une limitation stricts de leurs émissions. Dans le même temps, certains HAP, par exemple le phénanthrène, le fluoranthène, le pyrène et plusieurs autres, sont physiologiquement presque inertes et ne sont pas cancérigènes.

Les HAP se forment à la suite d’une combustion incomplète de tout hydrocarbure. Ce dernier se produit en raison de l'inhibition des réactions d'oxydation des hydrocarbures combustibles par les parois froides des appareils de combustion, et peut également être provoqué par un mélange insatisfaisant du carburant et de l'air. Cela conduit à la formation de zones d'oxydation locales dans les fours (chambres de combustion) avec basse température ou des zones avec un excès de carburant.

En raison de grande quantité des différents HAP dans les gaz de combustion et la difficulté de mesurer leurs concentrations, il est d'usage d'estimer le niveau de contamination cancérigène des produits de combustion et de l'air atmosphérique par la concentration du cancérogène le plus puissant et le plus stable - le benzo(a)pyrène (B(a )P) C 20 H 12 .

En raison de leur forte toxicité, une mention particulière doit être faite aux produits de combustion du fioul tels que les oxydes de vanadium. Le vanadium est contenu dans la partie minérale du fioul et, lorsqu'il est brûlé, forme des oxydes de vanadium VO, VO 2. Cependant, lorsque des dépôts se forment sur des surfaces convectives, les oxydes de vanadium se présentent principalement sous forme de V 2 O 5. Le pentoxyde de vanadium V 2 O 5 est la forme la plus toxique d'oxydes de vanadium, c'est pourquoi leurs émissions sont calculées en termes de V 2 O 5.

Tableau 7.1.3. Concentration approximative de substances nocives dans les produits de combustion lors du torchage de combustibles organiques dans les chaudières électriques

Émissions =	Concentration, mg/m 3
	Gaz naturel	Essence	Charbon
Oxydes d'azote NO x (en termes de NO 2)	200÷1200	300÷1000	350÷1500
Dioxyde de soufre SO2	-	2000÷6000	1000÷5000
Anhydride sulfurique SO 3	-	4÷250	2 ÷100
Monoxyde de carbone CO	10÷125	10÷150	15÷150
Benz(a)pyrène C 20 H 12	(0,1÷1, 0)·10 -3	(0,2÷4,0) 10 -3	(0,3÷14) 10 -3
Affaire particulière	-	<100	150÷300

Lors de la combustion de fioul et de combustibles solides, les émissions contiennent également des particules solides constituées de cendres volantes, de particules de suie, de HAP et de combustibles imbrûlés résultant d'une sous-combustion mécanique.

Les plages de concentrations de substances nocives dans les gaz de combustion lors de la combustion de divers types de combustibles sont indiquées dans le tableau. 7.1.3.

Le gaz naturel est aujourd’hui le combustible le plus répandu. Le gaz naturel est appelé gaz naturel car il est extrait des profondeurs mêmes de la Terre.

Le processus de combustion du gaz est une réaction chimique dans laquelle le gaz naturel interagit avec l'oxygène contenu dans l'air.

Dans le combustible gazeux, il y a une partie combustible et une partie non combustible.

Le principal composant inflammable du gaz naturel est le méthane – CH4. Sa teneur en gaz naturel atteint 98 %. Le méthane est inodore, insipide et non toxique. Sa limite d'inflammabilité est de 5 à 15 %. Ce sont ces qualités qui ont permis d'utiliser le gaz naturel comme l'un des principaux types de carburant. Une concentration de méthane supérieure à 10 % met la vie en danger ; une suffocation peut survenir en raison du manque d'oxygène.

Pour détecter les fuites de gaz, le gaz est odorisé, c'est-à-dire qu'une substance à forte odeur (éthyl mercaptan) est ajoutée. Dans ce cas, le gaz peut déjà être détecté à une concentration de 1 %.

En plus du méthane, le gaz naturel peut contenir des gaz inflammables : propane, butane et éthane.

Pour assurer une combustion de gaz de haute qualité, il est nécessaire de fournir suffisamment d'air à la zone de combustion et d'assurer un bon mélange de gaz avec l'air. Le rapport optimal est de 1: 10. Autrement dit, pour une partie de gaz, il y a dix parties d'air. De plus, il est nécessaire de créer le régime de température souhaité. Pour qu'un gaz s'enflamme, il doit être chauffé jusqu'à sa température d'inflammation et, à l'avenir, la température ne doit pas descendre en dessous de la température d'inflammation.

Il est nécessaire d'organiser l'évacuation des produits de combustion dans l'atmosphère.

Une combustion complète est obtenue s'il n'y a pas de substances inflammables dans les produits de combustion rejetés dans l'atmosphère. Dans ce cas, le carbone et l’hydrogène se combinent et forment du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau.

Visuellement, en cas de combustion complète, la flamme est bleu clair ou violet bleuâtre.

Combustion complète du gaz.

méthane + oxygène = dioxyde de carbone + eau

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

En plus de ces gaz, l'azote et l'oxygène restant sont rejetés dans l'atmosphère avec des gaz inflammables. N2+O2

Si la combustion du gaz ne se produit pas complètement, des substances inflammables sont libérées dans l'atmosphère - monoxyde de carbone, hydrogène, suie.

Une combustion incomplète du gaz se produit en raison d'un manque d'air. Dans le même temps, des langues de suie apparaissent visuellement dans la flamme.

Le danger d'une combustion incomplète du gaz est que le monoxyde de carbone peut provoquer une intoxication du personnel de la chaufferie. Une teneur en CO dans l'air de 0,01 à 0,02 % peut provoquer une légère intoxication. Des concentrations plus élevées peuvent provoquer de graves intoxications et la mort.

La suie qui en résulte se dépose sur les parois de la chaudière, altérant ainsi le transfert de chaleur vers le liquide de refroidissement et réduisant l'efficacité de la chaufferie. La suie conduit la chaleur 200 fois moins bien que le méthane.

Théoriquement, il faut 9 m3 d’air pour brûler 1 m3 de gaz. En conditions réelles, il faut plus d’air.

Autrement dit, une quantité excessive d’air est nécessaire. Cette valeur, désignée alpha, indique combien de fois plus d'air est consommé que ce qui est théoriquement nécessaire.

Le coefficient alpha dépend du type de brûleur spécifique et est généralement précisé dans le passeport du brûleur ou conformément aux recommandations d'organisation des travaux de mise en service en cours.

À mesure que la quantité d’air en excès dépasse le niveau recommandé, la perte de chaleur augmente. Avec une augmentation significative de la quantité d'air, une flamme peut s'éteindre, créant une situation d'urgence. Si la quantité d'air est inférieure à celle recommandée, la combustion sera incomplète, créant ainsi un risque d'intoxication pour le personnel de la chaufferie.

Pour un contrôle plus précis de la qualité de la combustion du carburant, il existe des dispositifs - des analyseurs de gaz, qui mesurent la teneur de certaines substances dans la composition des gaz d'échappement.

Les analyseurs de gaz peuvent être fournis complets avec des chaudières. A défaut de disponibilité, les mesures correspondantes sont réalisées par le commanditaire à l'aide d'analyseurs de gaz portables. Une carte de régime est établie dans laquelle sont prescrits les paramètres de contrôle nécessaires. En les respectant, vous pouvez assurer une combustion complète et normale du carburant.

Les principaux paramètres de régulation de la combustion du carburant sont :

• le rapport entre le gaz et l'air fournis aux brûleurs.

• coefficient d'excès d'air.

• vide dans le four.

• Facteur d'efficacité de la chaudière.

Dans ce cas, l'efficacité de la chaudière désigne le rapport entre la chaleur utile et la quantité de chaleur totale dépensée.

Composition de l'air

Nom du gaz	Élément chimique	Contenu dans l'air
Azote	N2	78 %
Oxygène	O2	21 %
Argon	Ar	1 %
Gaz carbonique	CO2	0.03 %
Hélium	Il	moins de 0,001%
Hydrogène	H2	moins de 0,001%
Néon	Né	moins de 0,001%
Méthane	CH4	moins de 0,001%
Krypton	Kr	moins de 0,001%
Xénon	Xe	moins de 0,001%

composition des produits de combustion complets

Les produits d'une combustion complète comprennent également des composants de ballast - azote (N2) et oxygène (O2).

L'azote pénètre toujours dans le four avec l'air et l'oxygène reste des flux d'air non utilisés pendant le processus de combustion. Ainsi, les gaz de combustion formés lors de la combustion complète du combustible gazeux sont constitués de quatre composants : CO2, H2O, O2 et N2.

Lorsque le combustible gazeux brûle de manière incomplète, des composants combustibles, du monoxyde de carbone, de l'hydrogène et parfois du méthane apparaissent dans les gaz de combustion. Avec une sous-combustion chimique importante, des particules de carbone apparaissent dans les produits de combustion, à partir desquelles se forme de la suie. Une combustion incomplète du gaz peut se produire en cas de manque d'air dans la zone de combustion (cst>1), de mélange insatisfaisant de l'air avec le gaz ou de contact de la torche avec des parois froides, ce qui conduit à l'arrêt de la réaction de combustion.

Exemple. Supposons que la combustion de 1 m3 de gaz Dashavsky produit des produits de combustion secs Kci-35 m3/m3, tandis que les produits de combustion contiennent des composants inflammables en quantité de : CO = 0,2 % ; H2 = 0,10/o ; CH4= = 0,05%.

Déterminer la perte de chaleur due à une combustion chimique incomplète. Cette perte est égale à Q3 = VC, g ("26, 3SO + Yu8N3 + 358CH4) = 35 (126,3-0,2 + 108-0,1 + 358-0,05) =

1890 kJ/m3.

Le point de rosée des produits de combustion est déterminé comme suit. Tout d'abord, trouvez le volume total de produits de combustion

et, connaissant la quantité de vapeur d'eau Vhn qu'ils contiennent, déterminer la pression partielle de vapeur d'eau Pngo (la pression de vapeur d'eau saturée à une certaine température) à l'aide de la formule

PȈ=vmlVr, barre.

Chaque valeur de la pression partielle de vapeur d'eau correspond à un certain point de rosée.

Exemple. La combustion de 1 m3 de gaz naturel Dashavi à at = 2,5 produit des produits de combustion Vr = 25 m3/m3, dont de la vapeur d'eau Vsn = 2,4 m3/m3. Il est nécessaire de déterminer la température du point de rosée.

La pression partielle de vapeur d'eau dans les produits de combustion est égale à

^0=^/^ = 2,4/25 = 0,096 bar.

La pression partielle trouvée correspond à une température de 46 °C. C'est le point de rosée. Si les fumées de cette composition ont une température inférieure à 46 "C, alors le processus de condensation de la vapeur d'eau commencera.

L’efficacité de fonctionnement des poêles domestiques convertis en Gaz Combustible, se caractérise par un coefficient de performance (efficacité), l'efficacité de tout appareil thermique est déterminée à partir du bilan thermique, c'est-à-dire l'égalité entre la chaleur générée par la combustion du combustible et la consommation de cette chaleur pour le chauffage utile.

Lorsqu'ils utilisent des cuisinières à gaz, ils doivent placer des cas lorsque les fumées des cheminées sont refroidies jusqu'au point de rosée. Le point de rosée est la température à laquelle l'air ou un autre gaz doit être refroidi avant que la vapeur d'eau qu'il contient n'atteigne la saturation.