Table des mati�res - Pr�c�dente - Suivante

3.3.2. Les g�n�rateurs d'air chaud

Le g�n�rateur d'air chaud fournit la chaleur n�cessaire au r�chauffage de l'air, qui est mis en contact avec le produit � s�cher.

Nous parlerons ici des combustibles usuels; la biomasse �tant abord�e plus loin.

Jusqu'� une date r�cente le combustible le plus g�n�ralement utilis� �tait le fuel-oil domestique et les s�choirs ont souvent �t� con�us pour ce produit. Aujourd'hui d'autres hydrocarbures sont �galement utilis�s comme le fuel lourd, le butane liquide ou le gaz naturel.

Rappel sur la combustion du fuel

La densit� du fuel est de 0,82 � 0,85 kg/l.

Le fuel liquide ne s'enflamme qu'� haute temp�rature, mais les vapeurs chaudes s'enflamment d�s 55� C et en pratique � 70� C.

La combustion compl�te de 1 kg de fuel demande 10 m� d'air (soit environ 13 kg) et produit du gaz carbonique, de la vapeur d'eau, des traces d'anhydride sulfureux (SO₂) et de la chaleur. Le pouvoir calorifique inf�rieur que l'on retiendra pour les calculs est de 10 150 kcal par kg de fuel (ou 8 425 kcal/l).

En pratique, le fuel, pulv�ris� en fines gouttelettes, par un br�leur, est r�chauff� par la chaleur du foyer et s'enflamme spontan�ment. Pour diminuer la part d'imbr�l�s, l'air est fourni en exc�dent (13 � 20 m� par kg de fuel).

L'observation de la flamme peut fournir un diagnostic sommaire de la qualit� de la combustion:

L'analyse des gaz de combustion est une technique plus �labor�e pour l'examen du fonctionnement d'un g�n�rateur d'air chaud, mais fait appel � des appareils dont le praticien ne dispose g�n�ralement pas.

Le g�n�rateur d'air chaud est constitu� d'un br�leur, d'une chambre de combustion et souvent d'un �changeur. En effet les combustibles tels que fuel l�ger ou fuel lourd ayant une teneur importante en soufre (cf. tableau 3.2.5.) d�gagent lors de la combustion des gaz tr�s corrosifs et n�cessitent g�n�ralement l'emploi d'un �changeur.

3.3.2.1. Br�leurs

Le br�leur est le principal organe d'un g�n�rateur d'air chaud. Il doit permettre:

- l'approvisionnement en air et en combustible,
- la r�gulation de cette alimentation,
- l'inflammation et la combustion r�guli�re du m�lange.

a) BR�LEURS � FUEL

Selon le mode de pulv�risation du fuel, on distingue deux types de br�leurs:

- Br�leurs � pulv�risation m�canique

Ce sont les br�leurs les plus utilis�s.

Le fuel est mis sous une pression de 8 � 12 bars par une pompe a engrenages, prot�g�e � l'amont par un tamis de 15/100 mm.

Un r�gulateur de pression, plac� � l'aval, permet de r�gler la pression de fonctionnement du br�leur dans une fourchette de � 15 % autour de la pression normale et, en cours de fonctionnement, de maintenir la pression � 5 % pr�s.

Si la pression baisse, le r�gulateur coupe l'arriv�e de fuel.

Un gicleur (prot�g� par un filtre 12/100) entra�ne la veine de fuel en rotation (rainures h�lico�dales) et provoque sa pulv�risation en un c�ne plein ou creux de 40 � 60�.

Les gicleurs ont un d�bit tar� pour une pression donn�e (les r�f�rences sont souvent exprim�es en US galion = 3,785 l).

L'air est projet�, dans J'axe du gicleur, par un ventilateur centrifuge. L'aspiration du ventilateur est r�gl�e soit par un registre se refermant par gravit� lorsque l'aspiration diminue, soit par un volet de tirage manœuvr� par un v�rin command� par la pression du fuel dans le circuit (Fig. 49).

La veine d'air et le fuel pulv�ris� se m�langent dans la t�te de combustion.

L'air est canalis� dans l'axe du jet de fuel par un c�ne � ailettes h�licoidales et un dispositif d�flecteur met l'air en mouvement tourbillonnaire de sens inverse � celui des gouttelettes de fuel.

L'entra�nement du br�leur (ventilateur et pompe) est assur� par un seul moteur.

Fig. 49: Br�leur � pulv�risation m�canique. (Doc. B.P.)

Deux modes de r�gulation sont employ�s sur les br�leurs m�caniques pour l'alimentation en fuel:

• br�leur � un seul gicleur � fonctionnement intermittent command� par thermostat: l'arriv�e du fuel est coup�e lorsque la temp�rature atteint une valeur maximum et ouverte lorsque la temp�rature d�cro�t jusqu'� une valeur minimum. Ce fonctionnement en �tout ou rien�ne permet qu'un r�glage grossier;

• br�leur � deux gicleurs: l'un des gicleurs fournit en permanence un apport calorifique minimal et l'autre, command� par thermostat, fournit l'apport compl�mentaire (Fig. 50).

Cette technique de r�glage est plus �labor�e que la pr�c�dente.

L'alimentation en air est pr�vue, soit constante, donc avec un grand exc�s � faible allure, soit modul�e par un volet de tirage plac� dans la conduite d'aspiration.

Fig. 50: Br�leur � deux allures. (Doc. B.P.)

Nota:

Un troisi�me mode de r�gulation parfois propos� par les constructeurs, consiste - sur un br�leur � un seul gicleur - � faire varier la pression de fonctionnement pour r�guler son d�bit. Comme indiqu� ci-dessus, la plage de r�gulation ne doit pas d�passer � 15 % de la pression nominale.

Ce mode de r�gulation est cependant limit� car la variation de pression de 10 % � 15 % permise, n'entra�ne qu'une variation de d�bit d'environ 10 %.

- Br�leurs � pulv�risation pneumatique

Le principe du br�leur � pulv�risation pneumatique consiste � provoquer l'�clatement de la veine de liquide par une veine d'air dans une chambre de pulv�risation (Fig. 51).

Le fuel arrive, sous faible pression, dans une chambre de forme torique. Sous l'effet de la d�pression r�gnant dans cette chambre, le fuel se r�partit sur toute la paroi en un film mince qui est �clat� par le flux d'air � sa sortie de la chambre.

La pulv�risation est plus fine que celle obtenue avec la pulv�risation m�canique, ce qui assure une meilleure combustion.

L'arriv�e du fuel, fourni sous faible pression par une pompe ou un r�servoir en charge, est dos�e par un r�gulateur � double action, command� par la pression de l'air (Fig. 51).

Deux vannes pneumatiques sont plac�es sur le circuit. La premi�re coupe l'arriv�e du fuel lorsque la pression de l'air est trop faible. La seconde, plac�e sur une d�rivation de la conduite principale, r�gle le d�bit du fuel en fonction de la temp�rature par l'interm�diaire d'un thermostat � fuite d'air. Sous l'effet de la temp�rature, ce thermostat d�masque plus ou moins une fuite d'air faisant varier la pression de la membrane d'une vanne pneumatique, donc le d�bit de fuel.

L'amplitude de la r�gulation est tr�s importante, le d�bit de fuel pouvant varier de 1 � 3, voire de 1 � 5.

La pulv�risation pneumatique a l'avantage d'�tre assez simple, de permettre une r�gulation continue du d�bit de fuel et de s'arr�ter imm�diatement � l'arr�t du compresseur.

Fig. 51: Br�leur � pulv�risation pneumatique. (Doc. B.P.)

Quel que soit le type de br�leur, tous sont �quip�s d'un dispositif d'allumage par �lectrodes entre lesquelles jaillit une �tincelle produite par un transformateur qui fournit une tension de 10 000 volts environ.

Tous sont �galement munis d'un dispositif de s�curit� qui arr�te le br�leur en cas de non-allumage de la flamme. Ce dispositif � cellule photor�sistante provoque l'arr�t du moteur et le d�clenchement d'un signal lumineux ou sonore. Le moteur doit �tre r�enclench� par l'op�rateur.

NB: Br�leur � fuel lourd.

Le principe est le m�me que pour les br�leurs � fuel l�ger, le combustible est mis sous une pression de 20 bars par la pompe qui l'envoie dans une chambre d'atomisation. Pour que la pulv�risation soit correcte, il est n�cessaire de chauffer ce fuel � 120� C pour le rendre plus fluide. Il faut �galement rappeler que le fuel lourd doit �tre stock� � environ 60� C pour �viter qu'il ne se fige.

b) BR�LEURS � GAZ NATUREL

Les br�leurs � gaz naturel sont de trois types

- Br�leurs � �air souffl�

De conception voisine de celle des br�leurs � fuel ces br�leurs peuvent parfois �tre mixtes (gaz et fuel). Au prix de certaines modifications, il sera donc possible de conserver l'ancien br�leur � fuel lorsque l'on voudra se reconvertir au gaz naturel.

- Br�leurs � veine d'air

Ces br�leurs sont tr�s simples. Ils sont constitu�s d'un di�dre en acier perfor� plac� directement dans la veine d'air. Le gaz arrive au sommet du di�dre et les perforations des c�t�s du di�dre permettent l'admission de l'air. La vitesse de l'air dans la veine doit �tre comprise entre 10 et 20 m/s. La puissance calorifique est de l'ordre de 300 000 kcal au m�tre lin�aire de rampe.

Fig. 52: Sch�ma d'un br�leur � veine d'air.

- Br�leurs �� induction�

Ces br�leurs �type torches� sont des br�leurs m�talliques classiques � air induit pr�m�lange partiel. Ils sont �quip�s de t�te de stabilisation et sont �galement plac�s dans le caisson d'admission d'air.

NB: Br�leurs � butane liquide.

Br�leurs type fuel domestique ou br�leurs autovaporisants, ces derniers sont tr�s simples. A l'extr�mit� des torches du br�leur se trouve un serpentin qui r�chauffe le gaz liquide vers 50� C � 60� C et le vaporise. En fonction de la temp�rature � atteindre, un syst�me de vannes permet une r�gulation modulante de l'arriv�e de gaz.

Fig. 53: Br�leur � induction. (Doc. STEFI.)

3.3.2.2. Chambres de combustion

Les combustibles br�lent avec une flamme qui atteint 1 500� C � 2 000� C, les gaz de combustion atteignant, eux, 800� C � 1000� C dans la chambre de combustion. Le volume et la forme des foyers d�pendent de la puissance thermique requise. On consid�re que 1 ml de foyer correspond � 200 000 mth/h. Le foyer est en acier inoxydable r�fractaire, parfois rev�tu de mat�riaux r�fractaires (amiante, briques, etc.).

Nous avons vu qu'avec le gaz naturel ou le butane liquide la combustion se fait directement dans la veine d'air. Avec le fuel, on distingue deux types de chambres de combustion.

Chambres de combustion sans �changeur, dans lesquelles les gaz de combustion additionn�s d'air ambiant sont repris par un ventilateur et r�partis dans le produit � s�cher.

Chambres avec �changeur dans lesquelles les gaz de combustion servent � r�chauffer l'air de s�chage et sont �vacu�s sans traverser le produit.

- Chambres de combustion sans �changeur

La transmission de la chaleur � l'air de s�chage se fait par simple dilution. Un �cran prot�ge le ventilateur.

Ce type de chambre (Fig. 54) offre plusieurs avantages:

- r�alisation simple, donc co�t peu �lev�,
- tr�s bon rendement global de la puissance install�e, car les pertes de chaleur sont r�duites et la forme simple des circuits d'air ne provoque pas de fortes pertes de charge.

Fig. 54: Chambre de combustion sans �changeur. (Doc. B.P.)

Au passif, il faut porter le risque de transporter sur le produit � s�cher des produits imbr�l�s qui peuvent en d�t�riorer la qualit�. Ce risque sera d'autant plus grand que la combustion sera moins bien r�gl�e (produits toxiques de pvrolyse benzopyr�ne).

Enfin le fuel �tant riche en soufre les gaz contiennent des oxydes de soufre (SO₂ et SO₃) qui pourront �tre tr�s corrosifs pour les s�choirs.

- Chambres avec �changeur

Dans ce type de chambre, l'air de s�chage et les gaz de combustion sont en parall�le, mais sans aucun m�lange. L'air de s�chage se r�chauffe au contact des parois chauff�es par la combustion du fuel (Fig. 55).

Les avantages sont:

- air de s�chage propre: aucun risque de d�pr�ciation du produit par d�p�ts d'imbr�l�s;
- air de s�chage non corrosif;
- risques d'incendie limit�s;

Fig. 55: Chambre de combustion avec �changeur. (Doc. B.P.)

mais:

- les circuits suivis par l'air de s�chage sont complexes, donc pour un m�me d�bit d'air, obligent � utiliser un ventilateur plus puissant pour vaincre des pertes de charge sup�rieures;

- le prix de revient est plus �lev�;

- � leur �vacuation dans l'atmosph�re, les gaz de combustion sont � une temp�rature sup�rieure � celle de l'air ambiant; il y a donc une perte de chaleur � ce niveau (voir plus loin);

- le rendement thermique est de l'ordre de 75-85 %. Il d�pend de l'importance de la surface d'�change (il faut 1 m� pour �changer 10 000 mth/h) et de la vitesse de l'air dans les circuits.

Un g�n�rateur d'air chaud avec �changeur n�cessite un entretien plus suivi, les d�p�ts de suie r�duisant les �changes. Les br�leurs devront donc �tre parfaitement r�gl�s. Le rendement du g�n�rateur d'air chaud est donn� par:

Q est la chaleur utile prise par l'air de s�chage. C'est la diff�rence entre Q₁: chaleur fournie par le combustible et Q₂: chaleur perdue par rayonnement, imbr�l�s, fum�es, etc.

donc

Ventilateur

Le ventilateur est plac� � l'amont ou � l'aval de la chambre de combustion et travaille en refoulement ou en aspiration. En g�n�ral, les g�n�rateurs directs ont un ventilateur plac� en aspiration. Le ventilateur en refoulement n'est utilis� que pour quelques g�n�rateurs � �changeurs perfectionn�s.

3.3.2.3. R�glage des br�leurs

La question du r�glage des br�leurs n'int�resse pratiquement que les br�leurs � fuel car les br�leurs � gaz ne posent que tr�s peu de probl�mes de r�glage. Seul un exc�s d'air peut �ventuellement provoquer un d�collement de la flamme.

a) PERTES DANS LES G�N�RATEURS D'AIR CHAUD

- Pertes par rayonnement et conduction

On peut limiter ces pertes en isolant le g�n�rateur par de la laine de roche. (1 m� de calorifugeage peut permettre d'�conomiser 0, 15 � 0,30 litre de fuel par heure).

- Pertes par imbr�l�s

Pour br�ler totalement 1 kg de fuel il faut 9,75 m� d'air (soit en pratique 10 m�). Lorsque l'air est insuffisant, des particules de carbone restent imbr�l�es et provoquent l'apparition de fum�e noire. Une partie de ces particules peuvent se d�poser sous forme de suie sur les �changeurs alt�rant les �changes de chaleur et provoquant une baisse de rendement.

Pour mesurer les imbr�l�s on utilise une pompe de pr�l�vement et filtration de fum�e � main qui retient les imbr�l�s sur un papier-filtre. Le pr�l�vement doit �tre fait � 1,50 m apr�s le d�but de la chemin�e et au centre de celle-ci pour se trouver dans un courant de fum�e non perturb�. La coloration du filtre par les imbr�l�s est compar�e � une �chelle colorim�trique fournie avec l'appareil.

Causes de la pr�sence d'imbr�l�s:

• manque d'air (r) ouvrir le volet d'air;
• gicleur trop gros, mal adapt� au br�leur;
• mauvaise pression du fuel:

* si elle est trop forte (r) trop de fuel
* si elle est trop faible (r) le fuel est mal pulv�ris�.

Une bonne pression de fuel (domestique) est de l'ordre de 10 kg/cm� (entre 8 et 15 kg/cm� selon les fabricants).

En l'absence d'�changeur il faut �viter la formation d'imbr�l�s car il y a un risque important de pollution des denr�es travers�es par l'air de s�chage.

- Pertes par les fum�es

Les pertes par les fum�es sont le fait des g�n�rateurs d'air chaud � �changeur. Pour avoir une combustion compl�te du fuel (�viter les imbr�l�s) on cherchera � avoir une combustion oxydante en augmentant la quantit� d'air inject�. Cependant cet exc�s d'air qui aura �t� r�chauff� est � l'origine de pertes puisqu'il est �vacu� par la chemin�e.

Dans le cas d'une combustion neutre, le taux de CO₂ contenu dans les fum�es est de 15,7 %. Un exc�s d'air dilue le CO₂ et fait donc baisser son taux, il suffira donc de mesurer la teneur en CO₂ pour conna�tre l'exc�s d'air.

Il faut parvenir � un juste milieu pour obtenir le minimum d'imbr�l�s et le maximum de CO₂.

Mesure du taux de CO₂

La teneur en CO₂ des fum�es est mesur�e, toujours au m�me niveau dans la chemin�e, avec un absorbeur � base de potasse � fonctionnement manuel ou avec un doseur �lectrique.

La teneur en CO₂ ne doit pas �tre inf�rieure � 12 %.

Mesure de la temp�rature des fum�es

La mesure se fait au m�me endroit que celui qui a �t� indiqu� ci-dessus pour le pr�l�vement des imbr�l�s. Les thermom�tres m�talliques (� lames) sont peu pr�cis et on leur pr�f�re les thermom�tres � mercure ou les soudes thermom�triques.

- temp�rature de fum�e normale: 150 � 250� C;
- temp�rature de fum�e anormale: 450 � 500� C.

Plus la temp�rature est basse, meilleur est le rendement. Cependant on se gardera de descendre en dessous de 150� C car alors des risques de condensation (formation d'acide sulfurique) pourraient appara�tre, conduisant � une d�t�rioration du mat�riel.

Pourcentage de pertes par les fum�es:

% Pertes =

Exemple 1:

Pertes =

Les pertes sont assez faibles; l'appareil a un bon rendement.

Exemple 2:

Pertes = 21,4 %

Dans ce cas l'appareil a un tr�s mauvais rendement. il y a exc�s d'air et la temp�rature des fum�es est trop �lev�e, en raison soit d'une mauvaise condeption de l'appareil (faute du constructeur), soit de l'encrassement, soit de ]'usure du mat�riel.

Dans tous les cas, les mesures doivent �tre r�guli�res et au moins hebdomadaires, surtout apr�s une intervention au niveau du br�leur.

b) ENTRETIEN ET R�GLAGE

- Nettoyage des circuits

Le ramonage peut �tre manuel (par brossage), ou chimique.

Le ramonage chimique consiste � injecter dans la flamme une poudre qui dissout les impuret�s d�pos�es sur les parois. Elle ne peut agir que si le d�p�t est mince, il faut donc pr�voir un ramonage tous les 8 � 10 jours (� raison de 100 g de poudre pour 10 t de fuel).

L'injection de la poudre peut se faire en plusieurs endroits:

• au niveau du ventilateur du br�leur. Ce proc�d� facile a l'inconv�nient de laisser sur le br�leur des particules de poudre, laquelle est caustique et d�t�riore le br�leur;

• au niveau de l'oeilleton du G.A.C. (le br�leur �tant r�gl� � allure basse pour �viter le risque de retour de flamme).

- Gicleur

Le gicleur peut �galement �tre une source de mauvais r�glage. Chaque gicleur porte plusieurs indications

• marque,

• d�bits en gallons. (Attention: gallon US = 3,78 l et gallon anglais = 4,55 l).

• angle de pulv�risation (30 � 80�).
Les angles faibles sont pr�vus pour les chambres de combustion longues.

En r�gle g�n�rale, le fuel ne doit pas arriver � moins de 10 cm des parois de la chambre de combustion.

• une lettre qui indique la forme du c�ne mais varie selon les constructeurs:

* c�ne plein,
* c�ne semi-plein,
* c�ne creux.

Les gicleurs s'usent, il ne faut les nettoyer qu'avec de l'air comprim�, jamais avec des tiges m�talliques.

Enfin le fuel peut contenir des impuret�s. Il faut

• surveiller les filtres,
• laisser reposer le fuel fra�chement livr� (l'optimum est de disposer de 2 citernes),
• nettoyer les citernes.

L'emploi d'additifs n'est valable que dans certaines limites et pour des fuels tr�s encrass�s. Dans bien des cas, leur utilit� est tr�s contest�e.

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