La combustion des chaudières est l’étude de la façon dont les combustibles sont brûlés dans les chaudières qui chauffent l’eau pour la vapeur. Il existe de nombreuses applications pour les chaudières à vapeur, y compris le chauffage des procédés chimiques, la chaleur à la vapeur pour les bâtiments et l’eau chaude, et la vapeur pour entraîner les générateurs à turbine électriques. La combustion est la réaction des combustibles avec l’oxygène de l’air pour créer de la chaleur qui est utilisée pour la production de vapeur.
Une variété de combustibles peut être utilisée pour la combustion des chaudières, y compris le gaz naturel, le mazout et les biocarburants produits à partir de déchets végétaux ou animaux. Lorsque le carburant est pulvérisé ou atomisé dans une chaudière avec de l’air, une bobine d’allumage ou une petite flamme pilote peut enflammer le mélange. La combustion dégage une grande quantité de chaleur, dont une partie chauffe l’eau en vapeur, et une partie est perdue en raison des pertes de rayonnement et de combustion. Le rayonnement est une perte de chaleur infrarouge qui se produit d’une chaudière chaude dans une pièce plus froide. Les pertes de fumées sont des gaz chauffés qui sont évacués de la chaudière par son conduit de fumée ou son évent.
Les propriétaires et les exploitants souhaitent maximiser l’efficacité de la combustion de la chaudière. Les principaux problèmes à considérer sont l’efficacité de la combustion, ou la qualité de combustion des mélanges de carburant et d’air, et comment minimiser les pertes de chaleur. La perte de chaleur rayonnante peut être minimisée grâce à une bonne isolation 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 a normalement des tubes contenant de l’eau et de la vapeur passant à travers une boîte ouverte qui peut 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 de gaz de combustion, qui récupère 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.
L’efficacité de la combustion de la chaudière pour les mélanges d’air et de carburant est essentielle 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 pour cent d’oxygène, donc l’azote non brûlé dans l’air doit également être chauffé dans la chaudière et évacué par le conduit de fumée. Cela affecte davantage l’efficacité de la chaudière et produit des composés azotés qui ont été liés à la formation de pluies acides et de smog.
Trop d’oxygène réduit la température de combustion de la chaudière, peut créer des polluants indésirables et nécessite du combustible pour chauffer l’oxygène et l’azote qui ne sont pas utilisés. Le manque d’oxygène peut réduire l’efficacité de la chaudière et créer de la suie et d’autres sous-produits qui peuvent endommager la chaudière 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 de 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 auront des demandes de vapeur ou des conditions de fonctionnement variables, ce qui rend les réglages manuels de l’efficacité peu pratiques. Les chaudières plus anciennes peuvent être équipées de commandes électroniques qui fournissent un retour aux pompes d’entrée d’air et de carburant pour donner le meilleur rapport pour la combustion.