Le brûleur fuel

36
 Le brûleur fuel  Composants d'un brûleur La pompe fuel et l'électrovanne Le gicleur Le réchauffeur de fuel  L'alimentati on en air La tête de combustion Séquences de démarrage d'un brûleur Dispositif de sécurité Brûleurs low NOx Brûleurs 1, 2 allures et modulant Composants d'un brûleur  Le brûleur fuel : 1. moteur, 2. boîte de contrôle, 3. transformateur, 4. électrodes, 5. ventilateur, 6. volute, 7. déflecteur, 8. gicleur, 9. réchauffeur, 10. cellule photosensible, 11. électrovanne, 12. pompe et régulateur de pression. Le brûleur fuel a pour fonction de mélanger, dans des proportions correctes, l'air comburant et le fuel pour permettre la combustion. L'alimentation en air est assurée par un ventilateur qui puise l'air ambiant de la chaufferie.

Transcript of Le brûleur fuel

Page 1: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 136

Le brucircleur fuel

bull Composants dun brucircleurbull La pompe fuel et leacutelectrovannebull

Le gicleurbull Le reacutechauffeur de fuel bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Seacutequences de deacutemarrage dun brucircleurbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulant

Composants dun brucircleur

Le brucircleur fuel 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 eacutelectrodes 5 ventilateur 6 volute

7 deacuteflecteur 8 gicleur 9 reacutechauffeur 10 cellule photosensible 11 eacutelectrovanne12 pompe et reacutegulateur de pression

Le brucircleur fuel a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le fuel pour permettre la combustion

Lalimentation en air est assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant dela chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 236

Lalimentation en fuel est assureacutee par une pompe qui puise dans le reacuteservoirLa pompe a eacutegalement pour mission de maintenir via un reacutegulateur unepression suffisante au fuel pour permettre sa pulveacuterisation Leacutelectrovanne libegravere le combustible au moment deacutetermineacute par la programmation Le gicleur assure la pulveacuterisation du fuel en des milliards de gouttelettes et le reacuteglage dudeacutebit de fuel On parle donc de brucircleur agrave pulveacuterisation

Principe de fonctionnement dun brucircleur fuel

La pompe fuel et leacutelectrovanne

Lalimentation en fuel se fait via une pompe (le plus souvent une pompe agraveengrenage) relieacutee agrave larbre du moteur La pompe est eacutequipeacute dun reacutegulateurde pression qui renvoie lexcegraves de fuel vers le reacuteservoir

Pompe agrave fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 336

Reacutegulateur de pression La pression dalimentation du gicleur est assureacutee par un ressort deacutequilibrage Le surplus

de fuel est renvoyeacute vers le reacuteservoir par la sortie

Une ou plusieurs eacutelectrovannes permettent ensuite au gicleur decirctre alimenteacute

Electrovannes

1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partie

meacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension

(fermeacutee)

Electrovanne sous tension

(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par lebobinage sous tension attire le

noyau mobile qui porte le clapet

de fermeture

Le gicleur

La pulveacuterisation du fuel a pour objectif daugmenter la surface de contactentre le fuel et lair comburant Cela permet une eacutevaporation plus importantedu fuel agrave sa surface et favorise son meacutelange avec lair

Par exemple 1 litre de fuel pulveacuteriseacute agrave 7 bars donne 15 agrave 20 milliards degoutelettes et repreacutesente une surface de contact avec lair de 500 msup2

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 436

Un gicleur est composeacute de 4 eacuteleacutements Lobus conique et la pression de la pompeengendre la rotation du combustible avent sa pulveacuterisation par le trou du corps de

gicleur

Un gicleur est caracteacuteriseacute par trois valeurs

bull le deacutebit nominal en [galh]bull langle de pulveacuterisation en [deg]bull le mode de pulveacuterisation

Ces donneacutees sont reprises dune part sur la fiche dentretien annuel du brucircleuret sur le marquage du gicleur mecircme

Le deacutebit

Le deacutebit nominal du gicleur est donneacute jusquagrave preacutesent en [galh]

Le deacutebit est fonction du diamegravetre de lorifice du corps Il est donneacute pour lesconditions de reacutefeacuterence

bull pression de la pompe 7 [bars]bull viscositeacute 44 [mmsup2s]bull

densiteacute relative 083 (rapport de la masse volumique du fuel (agrave15degC) et de la masse volumique de leau (agrave 4degC))

Sachant que

1 [galh] = 378 [litresh]

On peut connaicirctre le deacutebit reacuteel du gicleur installeacute et donc la puissance reacuteelledu brucircleur par les formules

Pbrucircleur [kW] = qfuel [litresh] x 10 [kWhlitre]

ougrave

bull q fuel = le deacutebit reacuteel du gicleur [litresh]bull q gicleur = deacutebit nominal du gicleur [galh]bull p = pression dalimentation du gicleur [bars]bull P brucircleur = puissance installeacutee du brucircleur [kW]

Conformeacutement agrave la norme europeacuteenne EN 293 le deacutebit nominal des gicleurs

sera deacutesormais donneacute en [kgh] pour une pression de 10 [bars] et une masse

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 536

volumique de 840 [kgmsup3] Dans ce cas on peut connaicirctre le deacutebit reacuteel dugicleur par la formule

Attention cependant ces formules ne fonctionnent pas pour les gicleursparticuliers dits agrave retour dont le deacutebit deacutepend non seulement de la pressiondalimentation mais aussi de la pression de refoulement du gicleur mecircme

Langle de pulveacuterisation

A la sortie du brucircleur les gouttelettes de fuel se reacutepartissent suivant un cocircneLangle douverture du cocircne est donneacute par le fabricant du gicleur

Les angles les plus courants sont

bull pour une pression dessai de 7 bars (meacutethode US) 30deg 45deg 60deg70deg 80deg 90degbull pour une pression dessai de 10 bars (norme EN) 60deg 70deg 80deg90deg 100deg

Langle de pulveacuterisation conditionne en partie la forme de la flamme Pluslangle est petit plus la flamme sera longue et effileacutee A linverse un angleimportant fournit une flamme courte mais large Notons quen pratiquelangle de pulveacuterisation augmente avec la pression dalimentation De mecircmelorsque la pression dalimentation augmente la taille des gouttelettesdiminue ce qui favorise le contact entre lair comburant et le combustible etdonc ameacuteliore la combustion

Composition du cocircne

En fonction de la puissance du brucircleur la composition du cocircne depulveacuterisation est diffeacuterente Le cocircne est geacuteneacuteralement creux (toutes lesgouttelettes sont reacuteparties sur la peacuteripheacuterie du cocircne) ou semi-plein (peacuteripheacuterieplus eacutepaisse) pour les grosses puissances (P gt 250 kW) Il est geacuteneacuteralementplein (tout le volume du cocircne est remplit de gouttelettes) pour les plus petitespuissances

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 636

Reacutepartition

cocircne creux

Reacutepartition

cocircne semi-creux

Reacutepartition

cocircne plein

Marquage du gicleur

La norme EN293 preacutevoit un double marquage des gicleurs (marquage US etmarquage EN)

Lindex en chiffre romains indique le type de reacutepartition du cocircne pulveacuteriseacute

I = reacutepartition pleine (tregraves dense)II = reacutepartition semi-pleine

III = reacutepartition semi-creuseIV = reacutepartition creuse (peu dense)

Le reacutechauffeur de fuel

En augmentant la tempeacuterature du combustible avant sa pulveacuterisation lereacutechauffeur a pour objectif

bull de diminuer la viscositeacute du fuel et donc dameacuteliorer sa pulveacuterisationet donc sa combustion

bull datteacutenuer les variations de viscositeacute du fuel lieacutees agrave la tempeacuteraturede stockage et aux caracteacuteristiques du fuel acheteacute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 736

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 125 msup3 dairpour brucircler 1 litre de fuel) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

Registre dair et son reacuteglage placeacutes sur le refoulement du ventilateur

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull Soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeture

bull Soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 836

Deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire des distances (a et b) entre

le gicleur le deacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement dubrucircleur en reacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre dudeacuteflecteur) et dair secondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie)

Seacutequences de deacutemarrage dun brucircleur

Les seacutequences de fonctionnement dun brucircleur sont les suivantes

bull Preacuteventilation ou preacutebalayage mise en marche du moteur duventilateur pour amorccedilage du tirage de la chemineacutee eacutevacuationeacuteventuelle de gaz dans le circuit des fumeacutees Pour les brucircleurs de plus de300 kW le preacutebalayage seffectue agrave laide du ventilateur et dure auminimum 15 secondes Pour les brucircleurs de moins de 300 kW lepreacutebalayage peut se faire par tirage naturel vers la chemineacutee avec unedureacutee minimale de 5 secondes

bull Preacuteallumage simultaneacutement mise sous tension du transformateur

bull Mise agrave feu quelques secondes apregraves ouverture de leacutelectrovanne

du fioul

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 936

bull Post-allumage pour permettre agrave la flamme de se stabiliserleacutetincelle est maintenue un court instant apregraves lapparition de la flamme

bull Reacutegime de fonctionnement apregraves lapparition de la flamme misehors tension du circuit dallumage

bull Arrecirct degraves satisfaction des besoins calorifiques arrecirct du brucircleur parmise hors tension du moteur du ventilateur et de leacutelectrovanne

Pour automatiser ces opeacuterations il faut un moyen fiable pour chronomeacutetrer ladureacutee des seacutequences qui doivent se reacutepeacuteter fidegravelement pendant des anneacuteesLes coffrets actuels comportent tous une peacuteriode de preacute et post-allumagePour les grosses puissances il y a en plus une preacuteventilation

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicien

chargeacute du deacutepannage

Le but est deacuteviter de pulveacuteriser du fuel dans une chaudiegravere sans le brucircler Onrisquerait dinonder le foyer (et mecircme la chaufferie) et lallumage intempestif pourrait provoquer une explosion

Cellule photoreacutesistante

Actuellement la deacutetection de la flamme fuel se fait freacutequemment par cellulephotoreacutesistante La cellule photoreacutesistante reacuteagit directement agrave la lumiegravereeacutemise par la flamme Cette reacuteaction est pratiquement instantaneacutee ce quipermet une commande rapide du systegraveme de seacutecuriteacute La cellule estconstitueacutee par un semi-conducteur dont la reacutesistance varie en fonction inversede son eacuteclairement ce mateacuteriau a la proprieacuteteacute de ne permettre le passage ducourant que lorsquil est eacuteclaireacute Il est commode de veacuterifier lefficaciteacute dunetelle cellule par la mesure de sa reacutesistance dans lobscuriteacute et par exemple agravela lumiegravere dune lampe de poche En regravegle geacuteneacuterale les cellulesphotoreacutesistantes sont destineacutees agrave la surveillance des flammes fuel (flamme

jaune agrave infra-rouge) et moins agrave la surveillance des flammes gaz qui eacutemettentplus de rayons ultra-violets

Cellule photoeacutelectrique

La cellule photoeacutelectrique est sensible au rayonnement lumineux situeacute dans lespectre visible Lorsquelle est soumise agrave ce rayonnement une tension apparaicirctagrave ses bornes La cellule se comporte comme un geacuteneacuterateur de courant tout

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1036

incident annule le signal eacutemis et provoque la mise en seacutecuriteacute du brucircleur Lescellules photoeacutelectriques ne sont utiliseacutees que pour les flammes fuel Leurprincipal inconveacutenient est un vieillissement rapide

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO SO2 NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certaines

conditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils fonteacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pour

diminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1136

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette recirculation des gaz varie selonles constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce larecirculation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave recirculation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la recirculation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne une gazeacuteification des particules de mazout pulveacuteriseacutees agrave hauteurdu gicleur La combustion de ce mazout gazeux forme une flamme bleuepeu intense et difficile agrave deacutetecter par une photoreacutesistance (LDR) Il estdegraves lors souvent neacutecessaire dutiliser un deacutetecteur infrarouge (IR) ouultraviolet (UV) plus oneacutereux Cette caracteacuteristique est pleinementexploiteacutee dans les brucircleurs dits agrave flamme bleue

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1236

Brucircleurs Low Nox

La recirculation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La

recirculation peut eacutegalement ecirctre externe

Cas particulier des brucircleurs flamme bleue

Le brucircleur agrave flamme bleue est un brucircleur dans lequel le mazout pulveacuteriseacuteest entiegraverement vaporiseacute avant la combustion On parle aussi de brucircleur agravegazeacuteification La chaleur requise pour leacutevaporation est fournie par les gazde combustion recycleacutes Il en reacutesulte une combustion quasi totale dans laphase gazeuse avec un excegraves dair minime et une production nulle de suiesComme le mazout est brucircleacute agrave leacutetat gazeux la flamme de ce brucircleur preacutesentela couleur bleue typique dune flamme gaz cest pourquoi on parle de brucircleuragrave flamme bleue Le principe du brucircleur agrave flamme bleue et celui du brucircleurLow NOx agrave recirculation preacutesentent de nombreuses similitudes notammentune faible eacutemission de NOx

Au niveau du coucirct dun tel brucircleur donnons lexemple dun fabricantallemand Dans sa gamme de brucircleur allant de 15 agrave 315 kW le surcoucirct dunbrucircleur agrave flamme bleue par rapport agrave un brucircleur agrave flamme jaune varie de15 agrave 60

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1336

Exemple de brucircleur agrave flamme bleue lair de combustion est achemineacute par deuxconduites lateacuterales et ameneacute au point de combustion via un mouvement tangentiel Lors

de la sortie de la forme conique il se produit un effet de tourbillon qui provoque larecirculation de 50 des gaz de combustion Deux canaux dameneacutees dair de

deacutemarrage envoient un leacuteger excegraves dair dans la flamme durant la premiegravere minute apregraves

lallumage jusquagrave ce que la partie frontale du gueulard du brucircleur ait atteint unetempeacuterature suffisante pour passer agrave la gazeacuteification

Flamme jaune et flamme bleue

Emission de NOx des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1436

Emission de suies des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

On reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs fuel

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 kW Lors

de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleine puissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes le brucircleurdeacutemarre avec une puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance

apregraves le temps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de chocprovoqueacutee par lallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1536

reacuteglage du registre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produitavec un excegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage peut sappliquer aux brucircleurs de plus de 50 kW Ilrepose sur le mecircme principe que dans le cas preacuteceacutedent Il sen diffeacuterenciecependant par la reacuteduction plus important de la puissance au deacutemarrage Ilsagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont la commande ne permet pas lechoix de lallure en fonction des besoins Le temps seacuteparant lallumage dupassage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relais programmable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf si

le reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Deux possibiliteacutes constructives sont exploiteacutees dans les brucircleurs 2 allures

bull Soit une pompe alimente deux gicleurs diffeacuterents via deuxeacutelectrovannes la petite allure est assureacutee par louverture duneeacutelectrovanne et lalimentation du premier gicleur pour assurer la grandeallure la deuxiegraveme eacutelectrovanne est activeacutee (la premiegravere restant ouverte)et alimente le second gicleur en compleacutement

bull Soit une pompe agrave deux eacutetages alimente un seul gicleur via deux

reacutegulateurs de pression

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1636

bull Soit un gicleur agrave retour (pour les grosses puissances) Il sagit enfait dun gicleur dont une partie du fuel qui lalimente nest pas pulveacuteriseacuteeet est renvoyeacutee vers la cuve Par un jeu de vanne automatique lareacutesistance du circuit retour du gicleur permet une variation du deacutebitpulveacuteriseacute

Brucircleur 2 allures avec gicleur agrave retour

- en petite allure les eacutelectrovannes (1) et (2) sont ouvertes La pression de pulveacuterisationest reacutegleacutee par le reacutegulateur de pression

- en grande allure leacutelectrovanne (2) est fermeacutee et le gicleur est soumis agrave la pression dela pompe

Brucircleur agrave deux gicleurs et deux eacutelectrovannes

Dans les diffeacuterents cas le registre dair est agrave deux positions fixeacutees

bull soit par un veacuterin hydraulique activeacute par la pression de combustiblebull soit un servomoteureacutelectriquebull soit un eacutelectro-aimant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 2: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 236

Lalimentation en fuel est assureacutee par une pompe qui puise dans le reacuteservoirLa pompe a eacutegalement pour mission de maintenir via un reacutegulateur unepression suffisante au fuel pour permettre sa pulveacuterisation Leacutelectrovanne libegravere le combustible au moment deacutetermineacute par la programmation Le gicleur assure la pulveacuterisation du fuel en des milliards de gouttelettes et le reacuteglage dudeacutebit de fuel On parle donc de brucircleur agrave pulveacuterisation

Principe de fonctionnement dun brucircleur fuel

La pompe fuel et leacutelectrovanne

Lalimentation en fuel se fait via une pompe (le plus souvent une pompe agraveengrenage) relieacutee agrave larbre du moteur La pompe est eacutequipeacute dun reacutegulateurde pression qui renvoie lexcegraves de fuel vers le reacuteservoir

Pompe agrave fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 336

Reacutegulateur de pression La pression dalimentation du gicleur est assureacutee par un ressort deacutequilibrage Le surplus

de fuel est renvoyeacute vers le reacuteservoir par la sortie

Une ou plusieurs eacutelectrovannes permettent ensuite au gicleur decirctre alimenteacute

Electrovannes

1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partie

meacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension

(fermeacutee)

Electrovanne sous tension

(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par lebobinage sous tension attire le

noyau mobile qui porte le clapet

de fermeture

Le gicleur

La pulveacuterisation du fuel a pour objectif daugmenter la surface de contactentre le fuel et lair comburant Cela permet une eacutevaporation plus importantedu fuel agrave sa surface et favorise son meacutelange avec lair

Par exemple 1 litre de fuel pulveacuteriseacute agrave 7 bars donne 15 agrave 20 milliards degoutelettes et repreacutesente une surface de contact avec lair de 500 msup2

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 436

Un gicleur est composeacute de 4 eacuteleacutements Lobus conique et la pression de la pompeengendre la rotation du combustible avent sa pulveacuterisation par le trou du corps de

gicleur

Un gicleur est caracteacuteriseacute par trois valeurs

bull le deacutebit nominal en [galh]bull langle de pulveacuterisation en [deg]bull le mode de pulveacuterisation

Ces donneacutees sont reprises dune part sur la fiche dentretien annuel du brucircleuret sur le marquage du gicleur mecircme

Le deacutebit

Le deacutebit nominal du gicleur est donneacute jusquagrave preacutesent en [galh]

Le deacutebit est fonction du diamegravetre de lorifice du corps Il est donneacute pour lesconditions de reacutefeacuterence

bull pression de la pompe 7 [bars]bull viscositeacute 44 [mmsup2s]bull

densiteacute relative 083 (rapport de la masse volumique du fuel (agrave15degC) et de la masse volumique de leau (agrave 4degC))

Sachant que

1 [galh] = 378 [litresh]

On peut connaicirctre le deacutebit reacuteel du gicleur installeacute et donc la puissance reacuteelledu brucircleur par les formules

Pbrucircleur [kW] = qfuel [litresh] x 10 [kWhlitre]

ougrave

bull q fuel = le deacutebit reacuteel du gicleur [litresh]bull q gicleur = deacutebit nominal du gicleur [galh]bull p = pression dalimentation du gicleur [bars]bull P brucircleur = puissance installeacutee du brucircleur [kW]

Conformeacutement agrave la norme europeacuteenne EN 293 le deacutebit nominal des gicleurs

sera deacutesormais donneacute en [kgh] pour une pression de 10 [bars] et une masse

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 536

volumique de 840 [kgmsup3] Dans ce cas on peut connaicirctre le deacutebit reacuteel dugicleur par la formule

Attention cependant ces formules ne fonctionnent pas pour les gicleursparticuliers dits agrave retour dont le deacutebit deacutepend non seulement de la pressiondalimentation mais aussi de la pression de refoulement du gicleur mecircme

Langle de pulveacuterisation

A la sortie du brucircleur les gouttelettes de fuel se reacutepartissent suivant un cocircneLangle douverture du cocircne est donneacute par le fabricant du gicleur

Les angles les plus courants sont

bull pour une pression dessai de 7 bars (meacutethode US) 30deg 45deg 60deg70deg 80deg 90degbull pour une pression dessai de 10 bars (norme EN) 60deg 70deg 80deg90deg 100deg

Langle de pulveacuterisation conditionne en partie la forme de la flamme Pluslangle est petit plus la flamme sera longue et effileacutee A linverse un angleimportant fournit une flamme courte mais large Notons quen pratiquelangle de pulveacuterisation augmente avec la pression dalimentation De mecircmelorsque la pression dalimentation augmente la taille des gouttelettesdiminue ce qui favorise le contact entre lair comburant et le combustible etdonc ameacuteliore la combustion

Composition du cocircne

En fonction de la puissance du brucircleur la composition du cocircne depulveacuterisation est diffeacuterente Le cocircne est geacuteneacuteralement creux (toutes lesgouttelettes sont reacuteparties sur la peacuteripheacuterie du cocircne) ou semi-plein (peacuteripheacuterieplus eacutepaisse) pour les grosses puissances (P gt 250 kW) Il est geacuteneacuteralementplein (tout le volume du cocircne est remplit de gouttelettes) pour les plus petitespuissances

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 636

Reacutepartition

cocircne creux

Reacutepartition

cocircne semi-creux

Reacutepartition

cocircne plein

Marquage du gicleur

La norme EN293 preacutevoit un double marquage des gicleurs (marquage US etmarquage EN)

Lindex en chiffre romains indique le type de reacutepartition du cocircne pulveacuteriseacute

I = reacutepartition pleine (tregraves dense)II = reacutepartition semi-pleine

III = reacutepartition semi-creuseIV = reacutepartition creuse (peu dense)

Le reacutechauffeur de fuel

En augmentant la tempeacuterature du combustible avant sa pulveacuterisation lereacutechauffeur a pour objectif

bull de diminuer la viscositeacute du fuel et donc dameacuteliorer sa pulveacuterisationet donc sa combustion

bull datteacutenuer les variations de viscositeacute du fuel lieacutees agrave la tempeacuteraturede stockage et aux caracteacuteristiques du fuel acheteacute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 736

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 125 msup3 dairpour brucircler 1 litre de fuel) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

Registre dair et son reacuteglage placeacutes sur le refoulement du ventilateur

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull Soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeture

bull Soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 836

Deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire des distances (a et b) entre

le gicleur le deacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement dubrucircleur en reacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre dudeacuteflecteur) et dair secondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie)

Seacutequences de deacutemarrage dun brucircleur

Les seacutequences de fonctionnement dun brucircleur sont les suivantes

bull Preacuteventilation ou preacutebalayage mise en marche du moteur duventilateur pour amorccedilage du tirage de la chemineacutee eacutevacuationeacuteventuelle de gaz dans le circuit des fumeacutees Pour les brucircleurs de plus de300 kW le preacutebalayage seffectue agrave laide du ventilateur et dure auminimum 15 secondes Pour les brucircleurs de moins de 300 kW lepreacutebalayage peut se faire par tirage naturel vers la chemineacutee avec unedureacutee minimale de 5 secondes

bull Preacuteallumage simultaneacutement mise sous tension du transformateur

bull Mise agrave feu quelques secondes apregraves ouverture de leacutelectrovanne

du fioul

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 936

bull Post-allumage pour permettre agrave la flamme de se stabiliserleacutetincelle est maintenue un court instant apregraves lapparition de la flamme

bull Reacutegime de fonctionnement apregraves lapparition de la flamme misehors tension du circuit dallumage

bull Arrecirct degraves satisfaction des besoins calorifiques arrecirct du brucircleur parmise hors tension du moteur du ventilateur et de leacutelectrovanne

Pour automatiser ces opeacuterations il faut un moyen fiable pour chronomeacutetrer ladureacutee des seacutequences qui doivent se reacutepeacuteter fidegravelement pendant des anneacuteesLes coffrets actuels comportent tous une peacuteriode de preacute et post-allumagePour les grosses puissances il y a en plus une preacuteventilation

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicien

chargeacute du deacutepannage

Le but est deacuteviter de pulveacuteriser du fuel dans une chaudiegravere sans le brucircler Onrisquerait dinonder le foyer (et mecircme la chaufferie) et lallumage intempestif pourrait provoquer une explosion

Cellule photoreacutesistante

Actuellement la deacutetection de la flamme fuel se fait freacutequemment par cellulephotoreacutesistante La cellule photoreacutesistante reacuteagit directement agrave la lumiegravereeacutemise par la flamme Cette reacuteaction est pratiquement instantaneacutee ce quipermet une commande rapide du systegraveme de seacutecuriteacute La cellule estconstitueacutee par un semi-conducteur dont la reacutesistance varie en fonction inversede son eacuteclairement ce mateacuteriau a la proprieacuteteacute de ne permettre le passage ducourant que lorsquil est eacuteclaireacute Il est commode de veacuterifier lefficaciteacute dunetelle cellule par la mesure de sa reacutesistance dans lobscuriteacute et par exemple agravela lumiegravere dune lampe de poche En regravegle geacuteneacuterale les cellulesphotoreacutesistantes sont destineacutees agrave la surveillance des flammes fuel (flamme

jaune agrave infra-rouge) et moins agrave la surveillance des flammes gaz qui eacutemettentplus de rayons ultra-violets

Cellule photoeacutelectrique

La cellule photoeacutelectrique est sensible au rayonnement lumineux situeacute dans lespectre visible Lorsquelle est soumise agrave ce rayonnement une tension apparaicirctagrave ses bornes La cellule se comporte comme un geacuteneacuterateur de courant tout

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1036

incident annule le signal eacutemis et provoque la mise en seacutecuriteacute du brucircleur Lescellules photoeacutelectriques ne sont utiliseacutees que pour les flammes fuel Leurprincipal inconveacutenient est un vieillissement rapide

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO SO2 NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certaines

conditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils fonteacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pour

diminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1136

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette recirculation des gaz varie selonles constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce larecirculation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave recirculation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la recirculation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne une gazeacuteification des particules de mazout pulveacuteriseacutees agrave hauteurdu gicleur La combustion de ce mazout gazeux forme une flamme bleuepeu intense et difficile agrave deacutetecter par une photoreacutesistance (LDR) Il estdegraves lors souvent neacutecessaire dutiliser un deacutetecteur infrarouge (IR) ouultraviolet (UV) plus oneacutereux Cette caracteacuteristique est pleinementexploiteacutee dans les brucircleurs dits agrave flamme bleue

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1236

Brucircleurs Low Nox

La recirculation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La

recirculation peut eacutegalement ecirctre externe

Cas particulier des brucircleurs flamme bleue

Le brucircleur agrave flamme bleue est un brucircleur dans lequel le mazout pulveacuteriseacuteest entiegraverement vaporiseacute avant la combustion On parle aussi de brucircleur agravegazeacuteification La chaleur requise pour leacutevaporation est fournie par les gazde combustion recycleacutes Il en reacutesulte une combustion quasi totale dans laphase gazeuse avec un excegraves dair minime et une production nulle de suiesComme le mazout est brucircleacute agrave leacutetat gazeux la flamme de ce brucircleur preacutesentela couleur bleue typique dune flamme gaz cest pourquoi on parle de brucircleuragrave flamme bleue Le principe du brucircleur agrave flamme bleue et celui du brucircleurLow NOx agrave recirculation preacutesentent de nombreuses similitudes notammentune faible eacutemission de NOx

Au niveau du coucirct dun tel brucircleur donnons lexemple dun fabricantallemand Dans sa gamme de brucircleur allant de 15 agrave 315 kW le surcoucirct dunbrucircleur agrave flamme bleue par rapport agrave un brucircleur agrave flamme jaune varie de15 agrave 60

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1336

Exemple de brucircleur agrave flamme bleue lair de combustion est achemineacute par deuxconduites lateacuterales et ameneacute au point de combustion via un mouvement tangentiel Lors

de la sortie de la forme conique il se produit un effet de tourbillon qui provoque larecirculation de 50 des gaz de combustion Deux canaux dameneacutees dair de

deacutemarrage envoient un leacuteger excegraves dair dans la flamme durant la premiegravere minute apregraves

lallumage jusquagrave ce que la partie frontale du gueulard du brucircleur ait atteint unetempeacuterature suffisante pour passer agrave la gazeacuteification

Flamme jaune et flamme bleue

Emission de NOx des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1436

Emission de suies des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

On reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs fuel

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 kW Lors

de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleine puissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes le brucircleurdeacutemarre avec une puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance

apregraves le temps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de chocprovoqueacutee par lallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1536

reacuteglage du registre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produitavec un excegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage peut sappliquer aux brucircleurs de plus de 50 kW Ilrepose sur le mecircme principe que dans le cas preacuteceacutedent Il sen diffeacuterenciecependant par la reacuteduction plus important de la puissance au deacutemarrage Ilsagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont la commande ne permet pas lechoix de lallure en fonction des besoins Le temps seacuteparant lallumage dupassage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relais programmable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf si

le reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Deux possibiliteacutes constructives sont exploiteacutees dans les brucircleurs 2 allures

bull Soit une pompe alimente deux gicleurs diffeacuterents via deuxeacutelectrovannes la petite allure est assureacutee par louverture duneeacutelectrovanne et lalimentation du premier gicleur pour assurer la grandeallure la deuxiegraveme eacutelectrovanne est activeacutee (la premiegravere restant ouverte)et alimente le second gicleur en compleacutement

bull Soit une pompe agrave deux eacutetages alimente un seul gicleur via deux

reacutegulateurs de pression

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1636

bull Soit un gicleur agrave retour (pour les grosses puissances) Il sagit enfait dun gicleur dont une partie du fuel qui lalimente nest pas pulveacuteriseacuteeet est renvoyeacutee vers la cuve Par un jeu de vanne automatique lareacutesistance du circuit retour du gicleur permet une variation du deacutebitpulveacuteriseacute

Brucircleur 2 allures avec gicleur agrave retour

- en petite allure les eacutelectrovannes (1) et (2) sont ouvertes La pression de pulveacuterisationest reacutegleacutee par le reacutegulateur de pression

- en grande allure leacutelectrovanne (2) est fermeacutee et le gicleur est soumis agrave la pression dela pompe

Brucircleur agrave deux gicleurs et deux eacutelectrovannes

Dans les diffeacuterents cas le registre dair est agrave deux positions fixeacutees

bull soit par un veacuterin hydraulique activeacute par la pression de combustiblebull soit un servomoteureacutelectriquebull soit un eacutelectro-aimant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 3: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 336

Reacutegulateur de pression La pression dalimentation du gicleur est assureacutee par un ressort deacutequilibrage Le surplus

de fuel est renvoyeacute vers le reacuteservoir par la sortie

Une ou plusieurs eacutelectrovannes permettent ensuite au gicleur decirctre alimenteacute

Electrovannes

1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partie

meacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension

(fermeacutee)

Electrovanne sous tension

(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par lebobinage sous tension attire le

noyau mobile qui porte le clapet

de fermeture

Le gicleur

La pulveacuterisation du fuel a pour objectif daugmenter la surface de contactentre le fuel et lair comburant Cela permet une eacutevaporation plus importantedu fuel agrave sa surface et favorise son meacutelange avec lair

Par exemple 1 litre de fuel pulveacuteriseacute agrave 7 bars donne 15 agrave 20 milliards degoutelettes et repreacutesente une surface de contact avec lair de 500 msup2

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 436

Un gicleur est composeacute de 4 eacuteleacutements Lobus conique et la pression de la pompeengendre la rotation du combustible avent sa pulveacuterisation par le trou du corps de

gicleur

Un gicleur est caracteacuteriseacute par trois valeurs

bull le deacutebit nominal en [galh]bull langle de pulveacuterisation en [deg]bull le mode de pulveacuterisation

Ces donneacutees sont reprises dune part sur la fiche dentretien annuel du brucircleuret sur le marquage du gicleur mecircme

Le deacutebit

Le deacutebit nominal du gicleur est donneacute jusquagrave preacutesent en [galh]

Le deacutebit est fonction du diamegravetre de lorifice du corps Il est donneacute pour lesconditions de reacutefeacuterence

bull pression de la pompe 7 [bars]bull viscositeacute 44 [mmsup2s]bull

densiteacute relative 083 (rapport de la masse volumique du fuel (agrave15degC) et de la masse volumique de leau (agrave 4degC))

Sachant que

1 [galh] = 378 [litresh]

On peut connaicirctre le deacutebit reacuteel du gicleur installeacute et donc la puissance reacuteelledu brucircleur par les formules

Pbrucircleur [kW] = qfuel [litresh] x 10 [kWhlitre]

ougrave

bull q fuel = le deacutebit reacuteel du gicleur [litresh]bull q gicleur = deacutebit nominal du gicleur [galh]bull p = pression dalimentation du gicleur [bars]bull P brucircleur = puissance installeacutee du brucircleur [kW]

Conformeacutement agrave la norme europeacuteenne EN 293 le deacutebit nominal des gicleurs

sera deacutesormais donneacute en [kgh] pour une pression de 10 [bars] et une masse

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 536

volumique de 840 [kgmsup3] Dans ce cas on peut connaicirctre le deacutebit reacuteel dugicleur par la formule

Attention cependant ces formules ne fonctionnent pas pour les gicleursparticuliers dits agrave retour dont le deacutebit deacutepend non seulement de la pressiondalimentation mais aussi de la pression de refoulement du gicleur mecircme

Langle de pulveacuterisation

A la sortie du brucircleur les gouttelettes de fuel se reacutepartissent suivant un cocircneLangle douverture du cocircne est donneacute par le fabricant du gicleur

Les angles les plus courants sont

bull pour une pression dessai de 7 bars (meacutethode US) 30deg 45deg 60deg70deg 80deg 90degbull pour une pression dessai de 10 bars (norme EN) 60deg 70deg 80deg90deg 100deg

Langle de pulveacuterisation conditionne en partie la forme de la flamme Pluslangle est petit plus la flamme sera longue et effileacutee A linverse un angleimportant fournit une flamme courte mais large Notons quen pratiquelangle de pulveacuterisation augmente avec la pression dalimentation De mecircmelorsque la pression dalimentation augmente la taille des gouttelettesdiminue ce qui favorise le contact entre lair comburant et le combustible etdonc ameacuteliore la combustion

Composition du cocircne

En fonction de la puissance du brucircleur la composition du cocircne depulveacuterisation est diffeacuterente Le cocircne est geacuteneacuteralement creux (toutes lesgouttelettes sont reacuteparties sur la peacuteripheacuterie du cocircne) ou semi-plein (peacuteripheacuterieplus eacutepaisse) pour les grosses puissances (P gt 250 kW) Il est geacuteneacuteralementplein (tout le volume du cocircne est remplit de gouttelettes) pour les plus petitespuissances

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 636

Reacutepartition

cocircne creux

Reacutepartition

cocircne semi-creux

Reacutepartition

cocircne plein

Marquage du gicleur

La norme EN293 preacutevoit un double marquage des gicleurs (marquage US etmarquage EN)

Lindex en chiffre romains indique le type de reacutepartition du cocircne pulveacuteriseacute

I = reacutepartition pleine (tregraves dense)II = reacutepartition semi-pleine

III = reacutepartition semi-creuseIV = reacutepartition creuse (peu dense)

Le reacutechauffeur de fuel

En augmentant la tempeacuterature du combustible avant sa pulveacuterisation lereacutechauffeur a pour objectif

bull de diminuer la viscositeacute du fuel et donc dameacuteliorer sa pulveacuterisationet donc sa combustion

bull datteacutenuer les variations de viscositeacute du fuel lieacutees agrave la tempeacuteraturede stockage et aux caracteacuteristiques du fuel acheteacute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 736

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 125 msup3 dairpour brucircler 1 litre de fuel) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

Registre dair et son reacuteglage placeacutes sur le refoulement du ventilateur

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull Soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeture

bull Soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 836

Deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire des distances (a et b) entre

le gicleur le deacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement dubrucircleur en reacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre dudeacuteflecteur) et dair secondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie)

Seacutequences de deacutemarrage dun brucircleur

Les seacutequences de fonctionnement dun brucircleur sont les suivantes

bull Preacuteventilation ou preacutebalayage mise en marche du moteur duventilateur pour amorccedilage du tirage de la chemineacutee eacutevacuationeacuteventuelle de gaz dans le circuit des fumeacutees Pour les brucircleurs de plus de300 kW le preacutebalayage seffectue agrave laide du ventilateur et dure auminimum 15 secondes Pour les brucircleurs de moins de 300 kW lepreacutebalayage peut se faire par tirage naturel vers la chemineacutee avec unedureacutee minimale de 5 secondes

bull Preacuteallumage simultaneacutement mise sous tension du transformateur

bull Mise agrave feu quelques secondes apregraves ouverture de leacutelectrovanne

du fioul

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 936

bull Post-allumage pour permettre agrave la flamme de se stabiliserleacutetincelle est maintenue un court instant apregraves lapparition de la flamme

bull Reacutegime de fonctionnement apregraves lapparition de la flamme misehors tension du circuit dallumage

bull Arrecirct degraves satisfaction des besoins calorifiques arrecirct du brucircleur parmise hors tension du moteur du ventilateur et de leacutelectrovanne

Pour automatiser ces opeacuterations il faut un moyen fiable pour chronomeacutetrer ladureacutee des seacutequences qui doivent se reacutepeacuteter fidegravelement pendant des anneacuteesLes coffrets actuels comportent tous une peacuteriode de preacute et post-allumagePour les grosses puissances il y a en plus une preacuteventilation

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicien

chargeacute du deacutepannage

Le but est deacuteviter de pulveacuteriser du fuel dans une chaudiegravere sans le brucircler Onrisquerait dinonder le foyer (et mecircme la chaufferie) et lallumage intempestif pourrait provoquer une explosion

Cellule photoreacutesistante

Actuellement la deacutetection de la flamme fuel se fait freacutequemment par cellulephotoreacutesistante La cellule photoreacutesistante reacuteagit directement agrave la lumiegravereeacutemise par la flamme Cette reacuteaction est pratiquement instantaneacutee ce quipermet une commande rapide du systegraveme de seacutecuriteacute La cellule estconstitueacutee par un semi-conducteur dont la reacutesistance varie en fonction inversede son eacuteclairement ce mateacuteriau a la proprieacuteteacute de ne permettre le passage ducourant que lorsquil est eacuteclaireacute Il est commode de veacuterifier lefficaciteacute dunetelle cellule par la mesure de sa reacutesistance dans lobscuriteacute et par exemple agravela lumiegravere dune lampe de poche En regravegle geacuteneacuterale les cellulesphotoreacutesistantes sont destineacutees agrave la surveillance des flammes fuel (flamme

jaune agrave infra-rouge) et moins agrave la surveillance des flammes gaz qui eacutemettentplus de rayons ultra-violets

Cellule photoeacutelectrique

La cellule photoeacutelectrique est sensible au rayonnement lumineux situeacute dans lespectre visible Lorsquelle est soumise agrave ce rayonnement une tension apparaicirctagrave ses bornes La cellule se comporte comme un geacuteneacuterateur de courant tout

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1036

incident annule le signal eacutemis et provoque la mise en seacutecuriteacute du brucircleur Lescellules photoeacutelectriques ne sont utiliseacutees que pour les flammes fuel Leurprincipal inconveacutenient est un vieillissement rapide

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO SO2 NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certaines

conditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils fonteacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pour

diminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1136

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette recirculation des gaz varie selonles constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce larecirculation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave recirculation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la recirculation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne une gazeacuteification des particules de mazout pulveacuteriseacutees agrave hauteurdu gicleur La combustion de ce mazout gazeux forme une flamme bleuepeu intense et difficile agrave deacutetecter par une photoreacutesistance (LDR) Il estdegraves lors souvent neacutecessaire dutiliser un deacutetecteur infrarouge (IR) ouultraviolet (UV) plus oneacutereux Cette caracteacuteristique est pleinementexploiteacutee dans les brucircleurs dits agrave flamme bleue

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1236

Brucircleurs Low Nox

La recirculation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La

recirculation peut eacutegalement ecirctre externe

Cas particulier des brucircleurs flamme bleue

Le brucircleur agrave flamme bleue est un brucircleur dans lequel le mazout pulveacuteriseacuteest entiegraverement vaporiseacute avant la combustion On parle aussi de brucircleur agravegazeacuteification La chaleur requise pour leacutevaporation est fournie par les gazde combustion recycleacutes Il en reacutesulte une combustion quasi totale dans laphase gazeuse avec un excegraves dair minime et une production nulle de suiesComme le mazout est brucircleacute agrave leacutetat gazeux la flamme de ce brucircleur preacutesentela couleur bleue typique dune flamme gaz cest pourquoi on parle de brucircleuragrave flamme bleue Le principe du brucircleur agrave flamme bleue et celui du brucircleurLow NOx agrave recirculation preacutesentent de nombreuses similitudes notammentune faible eacutemission de NOx

Au niveau du coucirct dun tel brucircleur donnons lexemple dun fabricantallemand Dans sa gamme de brucircleur allant de 15 agrave 315 kW le surcoucirct dunbrucircleur agrave flamme bleue par rapport agrave un brucircleur agrave flamme jaune varie de15 agrave 60

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1336

Exemple de brucircleur agrave flamme bleue lair de combustion est achemineacute par deuxconduites lateacuterales et ameneacute au point de combustion via un mouvement tangentiel Lors

de la sortie de la forme conique il se produit un effet de tourbillon qui provoque larecirculation de 50 des gaz de combustion Deux canaux dameneacutees dair de

deacutemarrage envoient un leacuteger excegraves dair dans la flamme durant la premiegravere minute apregraves

lallumage jusquagrave ce que la partie frontale du gueulard du brucircleur ait atteint unetempeacuterature suffisante pour passer agrave la gazeacuteification

Flamme jaune et flamme bleue

Emission de NOx des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1436

Emission de suies des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

On reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs fuel

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 kW Lors

de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleine puissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes le brucircleurdeacutemarre avec une puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance

apregraves le temps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de chocprovoqueacutee par lallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1536

reacuteglage du registre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produitavec un excegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage peut sappliquer aux brucircleurs de plus de 50 kW Ilrepose sur le mecircme principe que dans le cas preacuteceacutedent Il sen diffeacuterenciecependant par la reacuteduction plus important de la puissance au deacutemarrage Ilsagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont la commande ne permet pas lechoix de lallure en fonction des besoins Le temps seacuteparant lallumage dupassage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relais programmable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf si

le reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Deux possibiliteacutes constructives sont exploiteacutees dans les brucircleurs 2 allures

bull Soit une pompe alimente deux gicleurs diffeacuterents via deuxeacutelectrovannes la petite allure est assureacutee par louverture duneeacutelectrovanne et lalimentation du premier gicleur pour assurer la grandeallure la deuxiegraveme eacutelectrovanne est activeacutee (la premiegravere restant ouverte)et alimente le second gicleur en compleacutement

bull Soit une pompe agrave deux eacutetages alimente un seul gicleur via deux

reacutegulateurs de pression

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1636

bull Soit un gicleur agrave retour (pour les grosses puissances) Il sagit enfait dun gicleur dont une partie du fuel qui lalimente nest pas pulveacuteriseacuteeet est renvoyeacutee vers la cuve Par un jeu de vanne automatique lareacutesistance du circuit retour du gicleur permet une variation du deacutebitpulveacuteriseacute

Brucircleur 2 allures avec gicleur agrave retour

- en petite allure les eacutelectrovannes (1) et (2) sont ouvertes La pression de pulveacuterisationest reacutegleacutee par le reacutegulateur de pression

- en grande allure leacutelectrovanne (2) est fermeacutee et le gicleur est soumis agrave la pression dela pompe

Brucircleur agrave deux gicleurs et deux eacutelectrovannes

Dans les diffeacuterents cas le registre dair est agrave deux positions fixeacutees

bull soit par un veacuterin hydraulique activeacute par la pression de combustiblebull soit un servomoteureacutelectriquebull soit un eacutelectro-aimant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 4: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 436

Un gicleur est composeacute de 4 eacuteleacutements Lobus conique et la pression de la pompeengendre la rotation du combustible avent sa pulveacuterisation par le trou du corps de

gicleur

Un gicleur est caracteacuteriseacute par trois valeurs

bull le deacutebit nominal en [galh]bull langle de pulveacuterisation en [deg]bull le mode de pulveacuterisation

Ces donneacutees sont reprises dune part sur la fiche dentretien annuel du brucircleuret sur le marquage du gicleur mecircme

Le deacutebit

Le deacutebit nominal du gicleur est donneacute jusquagrave preacutesent en [galh]

Le deacutebit est fonction du diamegravetre de lorifice du corps Il est donneacute pour lesconditions de reacutefeacuterence

bull pression de la pompe 7 [bars]bull viscositeacute 44 [mmsup2s]bull

densiteacute relative 083 (rapport de la masse volumique du fuel (agrave15degC) et de la masse volumique de leau (agrave 4degC))

Sachant que

1 [galh] = 378 [litresh]

On peut connaicirctre le deacutebit reacuteel du gicleur installeacute et donc la puissance reacuteelledu brucircleur par les formules

Pbrucircleur [kW] = qfuel [litresh] x 10 [kWhlitre]

ougrave

bull q fuel = le deacutebit reacuteel du gicleur [litresh]bull q gicleur = deacutebit nominal du gicleur [galh]bull p = pression dalimentation du gicleur [bars]bull P brucircleur = puissance installeacutee du brucircleur [kW]

Conformeacutement agrave la norme europeacuteenne EN 293 le deacutebit nominal des gicleurs

sera deacutesormais donneacute en [kgh] pour une pression de 10 [bars] et une masse

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 536

volumique de 840 [kgmsup3] Dans ce cas on peut connaicirctre le deacutebit reacuteel dugicleur par la formule

Attention cependant ces formules ne fonctionnent pas pour les gicleursparticuliers dits agrave retour dont le deacutebit deacutepend non seulement de la pressiondalimentation mais aussi de la pression de refoulement du gicleur mecircme

Langle de pulveacuterisation

A la sortie du brucircleur les gouttelettes de fuel se reacutepartissent suivant un cocircneLangle douverture du cocircne est donneacute par le fabricant du gicleur

Les angles les plus courants sont

bull pour une pression dessai de 7 bars (meacutethode US) 30deg 45deg 60deg70deg 80deg 90degbull pour une pression dessai de 10 bars (norme EN) 60deg 70deg 80deg90deg 100deg

Langle de pulveacuterisation conditionne en partie la forme de la flamme Pluslangle est petit plus la flamme sera longue et effileacutee A linverse un angleimportant fournit une flamme courte mais large Notons quen pratiquelangle de pulveacuterisation augmente avec la pression dalimentation De mecircmelorsque la pression dalimentation augmente la taille des gouttelettesdiminue ce qui favorise le contact entre lair comburant et le combustible etdonc ameacuteliore la combustion

Composition du cocircne

En fonction de la puissance du brucircleur la composition du cocircne depulveacuterisation est diffeacuterente Le cocircne est geacuteneacuteralement creux (toutes lesgouttelettes sont reacuteparties sur la peacuteripheacuterie du cocircne) ou semi-plein (peacuteripheacuterieplus eacutepaisse) pour les grosses puissances (P gt 250 kW) Il est geacuteneacuteralementplein (tout le volume du cocircne est remplit de gouttelettes) pour les plus petitespuissances

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 636

Reacutepartition

cocircne creux

Reacutepartition

cocircne semi-creux

Reacutepartition

cocircne plein

Marquage du gicleur

La norme EN293 preacutevoit un double marquage des gicleurs (marquage US etmarquage EN)

Lindex en chiffre romains indique le type de reacutepartition du cocircne pulveacuteriseacute

I = reacutepartition pleine (tregraves dense)II = reacutepartition semi-pleine

III = reacutepartition semi-creuseIV = reacutepartition creuse (peu dense)

Le reacutechauffeur de fuel

En augmentant la tempeacuterature du combustible avant sa pulveacuterisation lereacutechauffeur a pour objectif

bull de diminuer la viscositeacute du fuel et donc dameacuteliorer sa pulveacuterisationet donc sa combustion

bull datteacutenuer les variations de viscositeacute du fuel lieacutees agrave la tempeacuteraturede stockage et aux caracteacuteristiques du fuel acheteacute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 736

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 125 msup3 dairpour brucircler 1 litre de fuel) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

Registre dair et son reacuteglage placeacutes sur le refoulement du ventilateur

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull Soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeture

bull Soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 836

Deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire des distances (a et b) entre

le gicleur le deacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement dubrucircleur en reacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre dudeacuteflecteur) et dair secondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie)

Seacutequences de deacutemarrage dun brucircleur

Les seacutequences de fonctionnement dun brucircleur sont les suivantes

bull Preacuteventilation ou preacutebalayage mise en marche du moteur duventilateur pour amorccedilage du tirage de la chemineacutee eacutevacuationeacuteventuelle de gaz dans le circuit des fumeacutees Pour les brucircleurs de plus de300 kW le preacutebalayage seffectue agrave laide du ventilateur et dure auminimum 15 secondes Pour les brucircleurs de moins de 300 kW lepreacutebalayage peut se faire par tirage naturel vers la chemineacutee avec unedureacutee minimale de 5 secondes

bull Preacuteallumage simultaneacutement mise sous tension du transformateur

bull Mise agrave feu quelques secondes apregraves ouverture de leacutelectrovanne

du fioul

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 936

bull Post-allumage pour permettre agrave la flamme de se stabiliserleacutetincelle est maintenue un court instant apregraves lapparition de la flamme

bull Reacutegime de fonctionnement apregraves lapparition de la flamme misehors tension du circuit dallumage

bull Arrecirct degraves satisfaction des besoins calorifiques arrecirct du brucircleur parmise hors tension du moteur du ventilateur et de leacutelectrovanne

Pour automatiser ces opeacuterations il faut un moyen fiable pour chronomeacutetrer ladureacutee des seacutequences qui doivent se reacutepeacuteter fidegravelement pendant des anneacuteesLes coffrets actuels comportent tous une peacuteriode de preacute et post-allumagePour les grosses puissances il y a en plus une preacuteventilation

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicien

chargeacute du deacutepannage

Le but est deacuteviter de pulveacuteriser du fuel dans une chaudiegravere sans le brucircler Onrisquerait dinonder le foyer (et mecircme la chaufferie) et lallumage intempestif pourrait provoquer une explosion

Cellule photoreacutesistante

Actuellement la deacutetection de la flamme fuel se fait freacutequemment par cellulephotoreacutesistante La cellule photoreacutesistante reacuteagit directement agrave la lumiegravereeacutemise par la flamme Cette reacuteaction est pratiquement instantaneacutee ce quipermet une commande rapide du systegraveme de seacutecuriteacute La cellule estconstitueacutee par un semi-conducteur dont la reacutesistance varie en fonction inversede son eacuteclairement ce mateacuteriau a la proprieacuteteacute de ne permettre le passage ducourant que lorsquil est eacuteclaireacute Il est commode de veacuterifier lefficaciteacute dunetelle cellule par la mesure de sa reacutesistance dans lobscuriteacute et par exemple agravela lumiegravere dune lampe de poche En regravegle geacuteneacuterale les cellulesphotoreacutesistantes sont destineacutees agrave la surveillance des flammes fuel (flamme

jaune agrave infra-rouge) et moins agrave la surveillance des flammes gaz qui eacutemettentplus de rayons ultra-violets

Cellule photoeacutelectrique

La cellule photoeacutelectrique est sensible au rayonnement lumineux situeacute dans lespectre visible Lorsquelle est soumise agrave ce rayonnement une tension apparaicirctagrave ses bornes La cellule se comporte comme un geacuteneacuterateur de courant tout

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1036

incident annule le signal eacutemis et provoque la mise en seacutecuriteacute du brucircleur Lescellules photoeacutelectriques ne sont utiliseacutees que pour les flammes fuel Leurprincipal inconveacutenient est un vieillissement rapide

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO SO2 NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certaines

conditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils fonteacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pour

diminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1136

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette recirculation des gaz varie selonles constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce larecirculation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave recirculation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la recirculation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne une gazeacuteification des particules de mazout pulveacuteriseacutees agrave hauteurdu gicleur La combustion de ce mazout gazeux forme une flamme bleuepeu intense et difficile agrave deacutetecter par une photoreacutesistance (LDR) Il estdegraves lors souvent neacutecessaire dutiliser un deacutetecteur infrarouge (IR) ouultraviolet (UV) plus oneacutereux Cette caracteacuteristique est pleinementexploiteacutee dans les brucircleurs dits agrave flamme bleue

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1236

Brucircleurs Low Nox

La recirculation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La

recirculation peut eacutegalement ecirctre externe

Cas particulier des brucircleurs flamme bleue

Le brucircleur agrave flamme bleue est un brucircleur dans lequel le mazout pulveacuteriseacuteest entiegraverement vaporiseacute avant la combustion On parle aussi de brucircleur agravegazeacuteification La chaleur requise pour leacutevaporation est fournie par les gazde combustion recycleacutes Il en reacutesulte une combustion quasi totale dans laphase gazeuse avec un excegraves dair minime et une production nulle de suiesComme le mazout est brucircleacute agrave leacutetat gazeux la flamme de ce brucircleur preacutesentela couleur bleue typique dune flamme gaz cest pourquoi on parle de brucircleuragrave flamme bleue Le principe du brucircleur agrave flamme bleue et celui du brucircleurLow NOx agrave recirculation preacutesentent de nombreuses similitudes notammentune faible eacutemission de NOx

Au niveau du coucirct dun tel brucircleur donnons lexemple dun fabricantallemand Dans sa gamme de brucircleur allant de 15 agrave 315 kW le surcoucirct dunbrucircleur agrave flamme bleue par rapport agrave un brucircleur agrave flamme jaune varie de15 agrave 60

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1336

Exemple de brucircleur agrave flamme bleue lair de combustion est achemineacute par deuxconduites lateacuterales et ameneacute au point de combustion via un mouvement tangentiel Lors

de la sortie de la forme conique il se produit un effet de tourbillon qui provoque larecirculation de 50 des gaz de combustion Deux canaux dameneacutees dair de

deacutemarrage envoient un leacuteger excegraves dair dans la flamme durant la premiegravere minute apregraves

lallumage jusquagrave ce que la partie frontale du gueulard du brucircleur ait atteint unetempeacuterature suffisante pour passer agrave la gazeacuteification

Flamme jaune et flamme bleue

Emission de NOx des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1436

Emission de suies des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

On reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs fuel

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 kW Lors

de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleine puissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes le brucircleurdeacutemarre avec une puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance

apregraves le temps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de chocprovoqueacutee par lallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1536

reacuteglage du registre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produitavec un excegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage peut sappliquer aux brucircleurs de plus de 50 kW Ilrepose sur le mecircme principe que dans le cas preacuteceacutedent Il sen diffeacuterenciecependant par la reacuteduction plus important de la puissance au deacutemarrage Ilsagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont la commande ne permet pas lechoix de lallure en fonction des besoins Le temps seacuteparant lallumage dupassage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relais programmable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf si

le reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Deux possibiliteacutes constructives sont exploiteacutees dans les brucircleurs 2 allures

bull Soit une pompe alimente deux gicleurs diffeacuterents via deuxeacutelectrovannes la petite allure est assureacutee par louverture duneeacutelectrovanne et lalimentation du premier gicleur pour assurer la grandeallure la deuxiegraveme eacutelectrovanne est activeacutee (la premiegravere restant ouverte)et alimente le second gicleur en compleacutement

bull Soit une pompe agrave deux eacutetages alimente un seul gicleur via deux

reacutegulateurs de pression

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1636

bull Soit un gicleur agrave retour (pour les grosses puissances) Il sagit enfait dun gicleur dont une partie du fuel qui lalimente nest pas pulveacuteriseacuteeet est renvoyeacutee vers la cuve Par un jeu de vanne automatique lareacutesistance du circuit retour du gicleur permet une variation du deacutebitpulveacuteriseacute

Brucircleur 2 allures avec gicleur agrave retour

- en petite allure les eacutelectrovannes (1) et (2) sont ouvertes La pression de pulveacuterisationest reacutegleacutee par le reacutegulateur de pression

- en grande allure leacutelectrovanne (2) est fermeacutee et le gicleur est soumis agrave la pression dela pompe

Brucircleur agrave deux gicleurs et deux eacutelectrovannes

Dans les diffeacuterents cas le registre dair est agrave deux positions fixeacutees

bull soit par un veacuterin hydraulique activeacute par la pression de combustiblebull soit un servomoteureacutelectriquebull soit un eacutelectro-aimant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 5: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 536

volumique de 840 [kgmsup3] Dans ce cas on peut connaicirctre le deacutebit reacuteel dugicleur par la formule

Attention cependant ces formules ne fonctionnent pas pour les gicleursparticuliers dits agrave retour dont le deacutebit deacutepend non seulement de la pressiondalimentation mais aussi de la pression de refoulement du gicleur mecircme

Langle de pulveacuterisation

A la sortie du brucircleur les gouttelettes de fuel se reacutepartissent suivant un cocircneLangle douverture du cocircne est donneacute par le fabricant du gicleur

Les angles les plus courants sont

bull pour une pression dessai de 7 bars (meacutethode US) 30deg 45deg 60deg70deg 80deg 90degbull pour une pression dessai de 10 bars (norme EN) 60deg 70deg 80deg90deg 100deg

Langle de pulveacuterisation conditionne en partie la forme de la flamme Pluslangle est petit plus la flamme sera longue et effileacutee A linverse un angleimportant fournit une flamme courte mais large Notons quen pratiquelangle de pulveacuterisation augmente avec la pression dalimentation De mecircmelorsque la pression dalimentation augmente la taille des gouttelettesdiminue ce qui favorise le contact entre lair comburant et le combustible etdonc ameacuteliore la combustion

Composition du cocircne

En fonction de la puissance du brucircleur la composition du cocircne depulveacuterisation est diffeacuterente Le cocircne est geacuteneacuteralement creux (toutes lesgouttelettes sont reacuteparties sur la peacuteripheacuterie du cocircne) ou semi-plein (peacuteripheacuterieplus eacutepaisse) pour les grosses puissances (P gt 250 kW) Il est geacuteneacuteralementplein (tout le volume du cocircne est remplit de gouttelettes) pour les plus petitespuissances

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 636

Reacutepartition

cocircne creux

Reacutepartition

cocircne semi-creux

Reacutepartition

cocircne plein

Marquage du gicleur

La norme EN293 preacutevoit un double marquage des gicleurs (marquage US etmarquage EN)

Lindex en chiffre romains indique le type de reacutepartition du cocircne pulveacuteriseacute

I = reacutepartition pleine (tregraves dense)II = reacutepartition semi-pleine

III = reacutepartition semi-creuseIV = reacutepartition creuse (peu dense)

Le reacutechauffeur de fuel

En augmentant la tempeacuterature du combustible avant sa pulveacuterisation lereacutechauffeur a pour objectif

bull de diminuer la viscositeacute du fuel et donc dameacuteliorer sa pulveacuterisationet donc sa combustion

bull datteacutenuer les variations de viscositeacute du fuel lieacutees agrave la tempeacuteraturede stockage et aux caracteacuteristiques du fuel acheteacute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 736

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 125 msup3 dairpour brucircler 1 litre de fuel) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

Registre dair et son reacuteglage placeacutes sur le refoulement du ventilateur

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull Soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeture

bull Soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 836

Deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire des distances (a et b) entre

le gicleur le deacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement dubrucircleur en reacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre dudeacuteflecteur) et dair secondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie)

Seacutequences de deacutemarrage dun brucircleur

Les seacutequences de fonctionnement dun brucircleur sont les suivantes

bull Preacuteventilation ou preacutebalayage mise en marche du moteur duventilateur pour amorccedilage du tirage de la chemineacutee eacutevacuationeacuteventuelle de gaz dans le circuit des fumeacutees Pour les brucircleurs de plus de300 kW le preacutebalayage seffectue agrave laide du ventilateur et dure auminimum 15 secondes Pour les brucircleurs de moins de 300 kW lepreacutebalayage peut se faire par tirage naturel vers la chemineacutee avec unedureacutee minimale de 5 secondes

bull Preacuteallumage simultaneacutement mise sous tension du transformateur

bull Mise agrave feu quelques secondes apregraves ouverture de leacutelectrovanne

du fioul

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 936

bull Post-allumage pour permettre agrave la flamme de se stabiliserleacutetincelle est maintenue un court instant apregraves lapparition de la flamme

bull Reacutegime de fonctionnement apregraves lapparition de la flamme misehors tension du circuit dallumage

bull Arrecirct degraves satisfaction des besoins calorifiques arrecirct du brucircleur parmise hors tension du moteur du ventilateur et de leacutelectrovanne

Pour automatiser ces opeacuterations il faut un moyen fiable pour chronomeacutetrer ladureacutee des seacutequences qui doivent se reacutepeacuteter fidegravelement pendant des anneacuteesLes coffrets actuels comportent tous une peacuteriode de preacute et post-allumagePour les grosses puissances il y a en plus une preacuteventilation

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicien

chargeacute du deacutepannage

Le but est deacuteviter de pulveacuteriser du fuel dans une chaudiegravere sans le brucircler Onrisquerait dinonder le foyer (et mecircme la chaufferie) et lallumage intempestif pourrait provoquer une explosion

Cellule photoreacutesistante

Actuellement la deacutetection de la flamme fuel se fait freacutequemment par cellulephotoreacutesistante La cellule photoreacutesistante reacuteagit directement agrave la lumiegravereeacutemise par la flamme Cette reacuteaction est pratiquement instantaneacutee ce quipermet une commande rapide du systegraveme de seacutecuriteacute La cellule estconstitueacutee par un semi-conducteur dont la reacutesistance varie en fonction inversede son eacuteclairement ce mateacuteriau a la proprieacuteteacute de ne permettre le passage ducourant que lorsquil est eacuteclaireacute Il est commode de veacuterifier lefficaciteacute dunetelle cellule par la mesure de sa reacutesistance dans lobscuriteacute et par exemple agravela lumiegravere dune lampe de poche En regravegle geacuteneacuterale les cellulesphotoreacutesistantes sont destineacutees agrave la surveillance des flammes fuel (flamme

jaune agrave infra-rouge) et moins agrave la surveillance des flammes gaz qui eacutemettentplus de rayons ultra-violets

Cellule photoeacutelectrique

La cellule photoeacutelectrique est sensible au rayonnement lumineux situeacute dans lespectre visible Lorsquelle est soumise agrave ce rayonnement une tension apparaicirctagrave ses bornes La cellule se comporte comme un geacuteneacuterateur de courant tout

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1036

incident annule le signal eacutemis et provoque la mise en seacutecuriteacute du brucircleur Lescellules photoeacutelectriques ne sont utiliseacutees que pour les flammes fuel Leurprincipal inconveacutenient est un vieillissement rapide

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO SO2 NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certaines

conditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils fonteacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pour

diminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1136

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette recirculation des gaz varie selonles constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce larecirculation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave recirculation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la recirculation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne une gazeacuteification des particules de mazout pulveacuteriseacutees agrave hauteurdu gicleur La combustion de ce mazout gazeux forme une flamme bleuepeu intense et difficile agrave deacutetecter par une photoreacutesistance (LDR) Il estdegraves lors souvent neacutecessaire dutiliser un deacutetecteur infrarouge (IR) ouultraviolet (UV) plus oneacutereux Cette caracteacuteristique est pleinementexploiteacutee dans les brucircleurs dits agrave flamme bleue

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1236

Brucircleurs Low Nox

La recirculation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La

recirculation peut eacutegalement ecirctre externe

Cas particulier des brucircleurs flamme bleue

Le brucircleur agrave flamme bleue est un brucircleur dans lequel le mazout pulveacuteriseacuteest entiegraverement vaporiseacute avant la combustion On parle aussi de brucircleur agravegazeacuteification La chaleur requise pour leacutevaporation est fournie par les gazde combustion recycleacutes Il en reacutesulte une combustion quasi totale dans laphase gazeuse avec un excegraves dair minime et une production nulle de suiesComme le mazout est brucircleacute agrave leacutetat gazeux la flamme de ce brucircleur preacutesentela couleur bleue typique dune flamme gaz cest pourquoi on parle de brucircleuragrave flamme bleue Le principe du brucircleur agrave flamme bleue et celui du brucircleurLow NOx agrave recirculation preacutesentent de nombreuses similitudes notammentune faible eacutemission de NOx

Au niveau du coucirct dun tel brucircleur donnons lexemple dun fabricantallemand Dans sa gamme de brucircleur allant de 15 agrave 315 kW le surcoucirct dunbrucircleur agrave flamme bleue par rapport agrave un brucircleur agrave flamme jaune varie de15 agrave 60

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1336

Exemple de brucircleur agrave flamme bleue lair de combustion est achemineacute par deuxconduites lateacuterales et ameneacute au point de combustion via un mouvement tangentiel Lors

de la sortie de la forme conique il se produit un effet de tourbillon qui provoque larecirculation de 50 des gaz de combustion Deux canaux dameneacutees dair de

deacutemarrage envoient un leacuteger excegraves dair dans la flamme durant la premiegravere minute apregraves

lallumage jusquagrave ce que la partie frontale du gueulard du brucircleur ait atteint unetempeacuterature suffisante pour passer agrave la gazeacuteification

Flamme jaune et flamme bleue

Emission de NOx des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1436

Emission de suies des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

On reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs fuel

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 kW Lors

de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleine puissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes le brucircleurdeacutemarre avec une puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance

apregraves le temps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de chocprovoqueacutee par lallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1536

reacuteglage du registre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produitavec un excegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage peut sappliquer aux brucircleurs de plus de 50 kW Ilrepose sur le mecircme principe que dans le cas preacuteceacutedent Il sen diffeacuterenciecependant par la reacuteduction plus important de la puissance au deacutemarrage Ilsagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont la commande ne permet pas lechoix de lallure en fonction des besoins Le temps seacuteparant lallumage dupassage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relais programmable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf si

le reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Deux possibiliteacutes constructives sont exploiteacutees dans les brucircleurs 2 allures

bull Soit une pompe alimente deux gicleurs diffeacuterents via deuxeacutelectrovannes la petite allure est assureacutee par louverture duneeacutelectrovanne et lalimentation du premier gicleur pour assurer la grandeallure la deuxiegraveme eacutelectrovanne est activeacutee (la premiegravere restant ouverte)et alimente le second gicleur en compleacutement

bull Soit une pompe agrave deux eacutetages alimente un seul gicleur via deux

reacutegulateurs de pression

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1636

bull Soit un gicleur agrave retour (pour les grosses puissances) Il sagit enfait dun gicleur dont une partie du fuel qui lalimente nest pas pulveacuteriseacuteeet est renvoyeacutee vers la cuve Par un jeu de vanne automatique lareacutesistance du circuit retour du gicleur permet une variation du deacutebitpulveacuteriseacute

Brucircleur 2 allures avec gicleur agrave retour

- en petite allure les eacutelectrovannes (1) et (2) sont ouvertes La pression de pulveacuterisationest reacutegleacutee par le reacutegulateur de pression

- en grande allure leacutelectrovanne (2) est fermeacutee et le gicleur est soumis agrave la pression dela pompe

Brucircleur agrave deux gicleurs et deux eacutelectrovannes

Dans les diffeacuterents cas le registre dair est agrave deux positions fixeacutees

bull soit par un veacuterin hydraulique activeacute par la pression de combustiblebull soit un servomoteureacutelectriquebull soit un eacutelectro-aimant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 6: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 636

Reacutepartition

cocircne creux

Reacutepartition

cocircne semi-creux

Reacutepartition

cocircne plein

Marquage du gicleur

La norme EN293 preacutevoit un double marquage des gicleurs (marquage US etmarquage EN)

Lindex en chiffre romains indique le type de reacutepartition du cocircne pulveacuteriseacute

I = reacutepartition pleine (tregraves dense)II = reacutepartition semi-pleine

III = reacutepartition semi-creuseIV = reacutepartition creuse (peu dense)

Le reacutechauffeur de fuel

En augmentant la tempeacuterature du combustible avant sa pulveacuterisation lereacutechauffeur a pour objectif

bull de diminuer la viscositeacute du fuel et donc dameacuteliorer sa pulveacuterisationet donc sa combustion

bull datteacutenuer les variations de viscositeacute du fuel lieacutees agrave la tempeacuteraturede stockage et aux caracteacuteristiques du fuel acheteacute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 736

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 125 msup3 dairpour brucircler 1 litre de fuel) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

Registre dair et son reacuteglage placeacutes sur le refoulement du ventilateur

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull Soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeture

bull Soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 836

Deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire des distances (a et b) entre

le gicleur le deacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement dubrucircleur en reacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre dudeacuteflecteur) et dair secondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie)

Seacutequences de deacutemarrage dun brucircleur

Les seacutequences de fonctionnement dun brucircleur sont les suivantes

bull Preacuteventilation ou preacutebalayage mise en marche du moteur duventilateur pour amorccedilage du tirage de la chemineacutee eacutevacuationeacuteventuelle de gaz dans le circuit des fumeacutees Pour les brucircleurs de plus de300 kW le preacutebalayage seffectue agrave laide du ventilateur et dure auminimum 15 secondes Pour les brucircleurs de moins de 300 kW lepreacutebalayage peut se faire par tirage naturel vers la chemineacutee avec unedureacutee minimale de 5 secondes

bull Preacuteallumage simultaneacutement mise sous tension du transformateur

bull Mise agrave feu quelques secondes apregraves ouverture de leacutelectrovanne

du fioul

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 936

bull Post-allumage pour permettre agrave la flamme de se stabiliserleacutetincelle est maintenue un court instant apregraves lapparition de la flamme

bull Reacutegime de fonctionnement apregraves lapparition de la flamme misehors tension du circuit dallumage

bull Arrecirct degraves satisfaction des besoins calorifiques arrecirct du brucircleur parmise hors tension du moteur du ventilateur et de leacutelectrovanne

Pour automatiser ces opeacuterations il faut un moyen fiable pour chronomeacutetrer ladureacutee des seacutequences qui doivent se reacutepeacuteter fidegravelement pendant des anneacuteesLes coffrets actuels comportent tous une peacuteriode de preacute et post-allumagePour les grosses puissances il y a en plus une preacuteventilation

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicien

chargeacute du deacutepannage

Le but est deacuteviter de pulveacuteriser du fuel dans une chaudiegravere sans le brucircler Onrisquerait dinonder le foyer (et mecircme la chaufferie) et lallumage intempestif pourrait provoquer une explosion

Cellule photoreacutesistante

Actuellement la deacutetection de la flamme fuel se fait freacutequemment par cellulephotoreacutesistante La cellule photoreacutesistante reacuteagit directement agrave la lumiegravereeacutemise par la flamme Cette reacuteaction est pratiquement instantaneacutee ce quipermet une commande rapide du systegraveme de seacutecuriteacute La cellule estconstitueacutee par un semi-conducteur dont la reacutesistance varie en fonction inversede son eacuteclairement ce mateacuteriau a la proprieacuteteacute de ne permettre le passage ducourant que lorsquil est eacuteclaireacute Il est commode de veacuterifier lefficaciteacute dunetelle cellule par la mesure de sa reacutesistance dans lobscuriteacute et par exemple agravela lumiegravere dune lampe de poche En regravegle geacuteneacuterale les cellulesphotoreacutesistantes sont destineacutees agrave la surveillance des flammes fuel (flamme

jaune agrave infra-rouge) et moins agrave la surveillance des flammes gaz qui eacutemettentplus de rayons ultra-violets

Cellule photoeacutelectrique

La cellule photoeacutelectrique est sensible au rayonnement lumineux situeacute dans lespectre visible Lorsquelle est soumise agrave ce rayonnement une tension apparaicirctagrave ses bornes La cellule se comporte comme un geacuteneacuterateur de courant tout

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1036

incident annule le signal eacutemis et provoque la mise en seacutecuriteacute du brucircleur Lescellules photoeacutelectriques ne sont utiliseacutees que pour les flammes fuel Leurprincipal inconveacutenient est un vieillissement rapide

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO SO2 NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certaines

conditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils fonteacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pour

diminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1136

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette recirculation des gaz varie selonles constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce larecirculation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave recirculation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la recirculation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne une gazeacuteification des particules de mazout pulveacuteriseacutees agrave hauteurdu gicleur La combustion de ce mazout gazeux forme une flamme bleuepeu intense et difficile agrave deacutetecter par une photoreacutesistance (LDR) Il estdegraves lors souvent neacutecessaire dutiliser un deacutetecteur infrarouge (IR) ouultraviolet (UV) plus oneacutereux Cette caracteacuteristique est pleinementexploiteacutee dans les brucircleurs dits agrave flamme bleue

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1236

Brucircleurs Low Nox

La recirculation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La

recirculation peut eacutegalement ecirctre externe

Cas particulier des brucircleurs flamme bleue

Le brucircleur agrave flamme bleue est un brucircleur dans lequel le mazout pulveacuteriseacuteest entiegraverement vaporiseacute avant la combustion On parle aussi de brucircleur agravegazeacuteification La chaleur requise pour leacutevaporation est fournie par les gazde combustion recycleacutes Il en reacutesulte une combustion quasi totale dans laphase gazeuse avec un excegraves dair minime et une production nulle de suiesComme le mazout est brucircleacute agrave leacutetat gazeux la flamme de ce brucircleur preacutesentela couleur bleue typique dune flamme gaz cest pourquoi on parle de brucircleuragrave flamme bleue Le principe du brucircleur agrave flamme bleue et celui du brucircleurLow NOx agrave recirculation preacutesentent de nombreuses similitudes notammentune faible eacutemission de NOx

Au niveau du coucirct dun tel brucircleur donnons lexemple dun fabricantallemand Dans sa gamme de brucircleur allant de 15 agrave 315 kW le surcoucirct dunbrucircleur agrave flamme bleue par rapport agrave un brucircleur agrave flamme jaune varie de15 agrave 60

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1336

Exemple de brucircleur agrave flamme bleue lair de combustion est achemineacute par deuxconduites lateacuterales et ameneacute au point de combustion via un mouvement tangentiel Lors

de la sortie de la forme conique il se produit un effet de tourbillon qui provoque larecirculation de 50 des gaz de combustion Deux canaux dameneacutees dair de

deacutemarrage envoient un leacuteger excegraves dair dans la flamme durant la premiegravere minute apregraves

lallumage jusquagrave ce que la partie frontale du gueulard du brucircleur ait atteint unetempeacuterature suffisante pour passer agrave la gazeacuteification

Flamme jaune et flamme bleue

Emission de NOx des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1436

Emission de suies des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

On reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs fuel

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 kW Lors

de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleine puissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes le brucircleurdeacutemarre avec une puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance

apregraves le temps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de chocprovoqueacutee par lallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1536

reacuteglage du registre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produitavec un excegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage peut sappliquer aux brucircleurs de plus de 50 kW Ilrepose sur le mecircme principe que dans le cas preacuteceacutedent Il sen diffeacuterenciecependant par la reacuteduction plus important de la puissance au deacutemarrage Ilsagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont la commande ne permet pas lechoix de lallure en fonction des besoins Le temps seacuteparant lallumage dupassage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relais programmable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf si

le reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Deux possibiliteacutes constructives sont exploiteacutees dans les brucircleurs 2 allures

bull Soit une pompe alimente deux gicleurs diffeacuterents via deuxeacutelectrovannes la petite allure est assureacutee par louverture duneeacutelectrovanne et lalimentation du premier gicleur pour assurer la grandeallure la deuxiegraveme eacutelectrovanne est activeacutee (la premiegravere restant ouverte)et alimente le second gicleur en compleacutement

bull Soit une pompe agrave deux eacutetages alimente un seul gicleur via deux

reacutegulateurs de pression

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1636

bull Soit un gicleur agrave retour (pour les grosses puissances) Il sagit enfait dun gicleur dont une partie du fuel qui lalimente nest pas pulveacuteriseacuteeet est renvoyeacutee vers la cuve Par un jeu de vanne automatique lareacutesistance du circuit retour du gicleur permet une variation du deacutebitpulveacuteriseacute

Brucircleur 2 allures avec gicleur agrave retour

- en petite allure les eacutelectrovannes (1) et (2) sont ouvertes La pression de pulveacuterisationest reacutegleacutee par le reacutegulateur de pression

- en grande allure leacutelectrovanne (2) est fermeacutee et le gicleur est soumis agrave la pression dela pompe

Brucircleur agrave deux gicleurs et deux eacutelectrovannes

Dans les diffeacuterents cas le registre dair est agrave deux positions fixeacutees

bull soit par un veacuterin hydraulique activeacute par la pression de combustiblebull soit un servomoteureacutelectriquebull soit un eacutelectro-aimant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 7: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 736

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 125 msup3 dairpour brucircler 1 litre de fuel) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

Registre dair et son reacuteglage placeacutes sur le refoulement du ventilateur

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull Soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeture

bull Soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 836

Deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire des distances (a et b) entre

le gicleur le deacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement dubrucircleur en reacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre dudeacuteflecteur) et dair secondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie)

Seacutequences de deacutemarrage dun brucircleur

Les seacutequences de fonctionnement dun brucircleur sont les suivantes

bull Preacuteventilation ou preacutebalayage mise en marche du moteur duventilateur pour amorccedilage du tirage de la chemineacutee eacutevacuationeacuteventuelle de gaz dans le circuit des fumeacutees Pour les brucircleurs de plus de300 kW le preacutebalayage seffectue agrave laide du ventilateur et dure auminimum 15 secondes Pour les brucircleurs de moins de 300 kW lepreacutebalayage peut se faire par tirage naturel vers la chemineacutee avec unedureacutee minimale de 5 secondes

bull Preacuteallumage simultaneacutement mise sous tension du transformateur

bull Mise agrave feu quelques secondes apregraves ouverture de leacutelectrovanne

du fioul

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 936

bull Post-allumage pour permettre agrave la flamme de se stabiliserleacutetincelle est maintenue un court instant apregraves lapparition de la flamme

bull Reacutegime de fonctionnement apregraves lapparition de la flamme misehors tension du circuit dallumage

bull Arrecirct degraves satisfaction des besoins calorifiques arrecirct du brucircleur parmise hors tension du moteur du ventilateur et de leacutelectrovanne

Pour automatiser ces opeacuterations il faut un moyen fiable pour chronomeacutetrer ladureacutee des seacutequences qui doivent se reacutepeacuteter fidegravelement pendant des anneacuteesLes coffrets actuels comportent tous une peacuteriode de preacute et post-allumagePour les grosses puissances il y a en plus une preacuteventilation

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicien

chargeacute du deacutepannage

Le but est deacuteviter de pulveacuteriser du fuel dans une chaudiegravere sans le brucircler Onrisquerait dinonder le foyer (et mecircme la chaufferie) et lallumage intempestif pourrait provoquer une explosion

Cellule photoreacutesistante

Actuellement la deacutetection de la flamme fuel se fait freacutequemment par cellulephotoreacutesistante La cellule photoreacutesistante reacuteagit directement agrave la lumiegravereeacutemise par la flamme Cette reacuteaction est pratiquement instantaneacutee ce quipermet une commande rapide du systegraveme de seacutecuriteacute La cellule estconstitueacutee par un semi-conducteur dont la reacutesistance varie en fonction inversede son eacuteclairement ce mateacuteriau a la proprieacuteteacute de ne permettre le passage ducourant que lorsquil est eacuteclaireacute Il est commode de veacuterifier lefficaciteacute dunetelle cellule par la mesure de sa reacutesistance dans lobscuriteacute et par exemple agravela lumiegravere dune lampe de poche En regravegle geacuteneacuterale les cellulesphotoreacutesistantes sont destineacutees agrave la surveillance des flammes fuel (flamme

jaune agrave infra-rouge) et moins agrave la surveillance des flammes gaz qui eacutemettentplus de rayons ultra-violets

Cellule photoeacutelectrique

La cellule photoeacutelectrique est sensible au rayonnement lumineux situeacute dans lespectre visible Lorsquelle est soumise agrave ce rayonnement une tension apparaicirctagrave ses bornes La cellule se comporte comme un geacuteneacuterateur de courant tout

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1036

incident annule le signal eacutemis et provoque la mise en seacutecuriteacute du brucircleur Lescellules photoeacutelectriques ne sont utiliseacutees que pour les flammes fuel Leurprincipal inconveacutenient est un vieillissement rapide

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO SO2 NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certaines

conditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils fonteacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pour

diminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1136

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette recirculation des gaz varie selonles constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce larecirculation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave recirculation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la recirculation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne une gazeacuteification des particules de mazout pulveacuteriseacutees agrave hauteurdu gicleur La combustion de ce mazout gazeux forme une flamme bleuepeu intense et difficile agrave deacutetecter par une photoreacutesistance (LDR) Il estdegraves lors souvent neacutecessaire dutiliser un deacutetecteur infrarouge (IR) ouultraviolet (UV) plus oneacutereux Cette caracteacuteristique est pleinementexploiteacutee dans les brucircleurs dits agrave flamme bleue

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1236

Brucircleurs Low Nox

La recirculation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La

recirculation peut eacutegalement ecirctre externe

Cas particulier des brucircleurs flamme bleue

Le brucircleur agrave flamme bleue est un brucircleur dans lequel le mazout pulveacuteriseacuteest entiegraverement vaporiseacute avant la combustion On parle aussi de brucircleur agravegazeacuteification La chaleur requise pour leacutevaporation est fournie par les gazde combustion recycleacutes Il en reacutesulte une combustion quasi totale dans laphase gazeuse avec un excegraves dair minime et une production nulle de suiesComme le mazout est brucircleacute agrave leacutetat gazeux la flamme de ce brucircleur preacutesentela couleur bleue typique dune flamme gaz cest pourquoi on parle de brucircleuragrave flamme bleue Le principe du brucircleur agrave flamme bleue et celui du brucircleurLow NOx agrave recirculation preacutesentent de nombreuses similitudes notammentune faible eacutemission de NOx

Au niveau du coucirct dun tel brucircleur donnons lexemple dun fabricantallemand Dans sa gamme de brucircleur allant de 15 agrave 315 kW le surcoucirct dunbrucircleur agrave flamme bleue par rapport agrave un brucircleur agrave flamme jaune varie de15 agrave 60

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1336

Exemple de brucircleur agrave flamme bleue lair de combustion est achemineacute par deuxconduites lateacuterales et ameneacute au point de combustion via un mouvement tangentiel Lors

de la sortie de la forme conique il se produit un effet de tourbillon qui provoque larecirculation de 50 des gaz de combustion Deux canaux dameneacutees dair de

deacutemarrage envoient un leacuteger excegraves dair dans la flamme durant la premiegravere minute apregraves

lallumage jusquagrave ce que la partie frontale du gueulard du brucircleur ait atteint unetempeacuterature suffisante pour passer agrave la gazeacuteification

Flamme jaune et flamme bleue

Emission de NOx des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1436

Emission de suies des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

On reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs fuel

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 kW Lors

de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleine puissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes le brucircleurdeacutemarre avec une puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance

apregraves le temps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de chocprovoqueacutee par lallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1536

reacuteglage du registre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produitavec un excegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage peut sappliquer aux brucircleurs de plus de 50 kW Ilrepose sur le mecircme principe que dans le cas preacuteceacutedent Il sen diffeacuterenciecependant par la reacuteduction plus important de la puissance au deacutemarrage Ilsagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont la commande ne permet pas lechoix de lallure en fonction des besoins Le temps seacuteparant lallumage dupassage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relais programmable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf si

le reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Deux possibiliteacutes constructives sont exploiteacutees dans les brucircleurs 2 allures

bull Soit une pompe alimente deux gicleurs diffeacuterents via deuxeacutelectrovannes la petite allure est assureacutee par louverture duneeacutelectrovanne et lalimentation du premier gicleur pour assurer la grandeallure la deuxiegraveme eacutelectrovanne est activeacutee (la premiegravere restant ouverte)et alimente le second gicleur en compleacutement

bull Soit une pompe agrave deux eacutetages alimente un seul gicleur via deux

reacutegulateurs de pression

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1636

bull Soit un gicleur agrave retour (pour les grosses puissances) Il sagit enfait dun gicleur dont une partie du fuel qui lalimente nest pas pulveacuteriseacuteeet est renvoyeacutee vers la cuve Par un jeu de vanne automatique lareacutesistance du circuit retour du gicleur permet une variation du deacutebitpulveacuteriseacute

Brucircleur 2 allures avec gicleur agrave retour

- en petite allure les eacutelectrovannes (1) et (2) sont ouvertes La pression de pulveacuterisationest reacutegleacutee par le reacutegulateur de pression

- en grande allure leacutelectrovanne (2) est fermeacutee et le gicleur est soumis agrave la pression dela pompe

Brucircleur agrave deux gicleurs et deux eacutelectrovannes

Dans les diffeacuterents cas le registre dair est agrave deux positions fixeacutees

bull soit par un veacuterin hydraulique activeacute par la pression de combustiblebull soit un servomoteureacutelectriquebull soit un eacutelectro-aimant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 8: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 836

Deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire des distances (a et b) entre

le gicleur le deacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement dubrucircleur en reacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre dudeacuteflecteur) et dair secondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie)

Seacutequences de deacutemarrage dun brucircleur

Les seacutequences de fonctionnement dun brucircleur sont les suivantes

bull Preacuteventilation ou preacutebalayage mise en marche du moteur duventilateur pour amorccedilage du tirage de la chemineacutee eacutevacuationeacuteventuelle de gaz dans le circuit des fumeacutees Pour les brucircleurs de plus de300 kW le preacutebalayage seffectue agrave laide du ventilateur et dure auminimum 15 secondes Pour les brucircleurs de moins de 300 kW lepreacutebalayage peut se faire par tirage naturel vers la chemineacutee avec unedureacutee minimale de 5 secondes

bull Preacuteallumage simultaneacutement mise sous tension du transformateur

bull Mise agrave feu quelques secondes apregraves ouverture de leacutelectrovanne

du fioul

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 936

bull Post-allumage pour permettre agrave la flamme de se stabiliserleacutetincelle est maintenue un court instant apregraves lapparition de la flamme

bull Reacutegime de fonctionnement apregraves lapparition de la flamme misehors tension du circuit dallumage

bull Arrecirct degraves satisfaction des besoins calorifiques arrecirct du brucircleur parmise hors tension du moteur du ventilateur et de leacutelectrovanne

Pour automatiser ces opeacuterations il faut un moyen fiable pour chronomeacutetrer ladureacutee des seacutequences qui doivent se reacutepeacuteter fidegravelement pendant des anneacuteesLes coffrets actuels comportent tous une peacuteriode de preacute et post-allumagePour les grosses puissances il y a en plus une preacuteventilation

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicien

chargeacute du deacutepannage

Le but est deacuteviter de pulveacuteriser du fuel dans une chaudiegravere sans le brucircler Onrisquerait dinonder le foyer (et mecircme la chaufferie) et lallumage intempestif pourrait provoquer une explosion

Cellule photoreacutesistante

Actuellement la deacutetection de la flamme fuel se fait freacutequemment par cellulephotoreacutesistante La cellule photoreacutesistante reacuteagit directement agrave la lumiegravereeacutemise par la flamme Cette reacuteaction est pratiquement instantaneacutee ce quipermet une commande rapide du systegraveme de seacutecuriteacute La cellule estconstitueacutee par un semi-conducteur dont la reacutesistance varie en fonction inversede son eacuteclairement ce mateacuteriau a la proprieacuteteacute de ne permettre le passage ducourant que lorsquil est eacuteclaireacute Il est commode de veacuterifier lefficaciteacute dunetelle cellule par la mesure de sa reacutesistance dans lobscuriteacute et par exemple agravela lumiegravere dune lampe de poche En regravegle geacuteneacuterale les cellulesphotoreacutesistantes sont destineacutees agrave la surveillance des flammes fuel (flamme

jaune agrave infra-rouge) et moins agrave la surveillance des flammes gaz qui eacutemettentplus de rayons ultra-violets

Cellule photoeacutelectrique

La cellule photoeacutelectrique est sensible au rayonnement lumineux situeacute dans lespectre visible Lorsquelle est soumise agrave ce rayonnement une tension apparaicirctagrave ses bornes La cellule se comporte comme un geacuteneacuterateur de courant tout

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1036

incident annule le signal eacutemis et provoque la mise en seacutecuriteacute du brucircleur Lescellules photoeacutelectriques ne sont utiliseacutees que pour les flammes fuel Leurprincipal inconveacutenient est un vieillissement rapide

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO SO2 NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certaines

conditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils fonteacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pour

diminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1136

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette recirculation des gaz varie selonles constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce larecirculation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave recirculation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la recirculation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne une gazeacuteification des particules de mazout pulveacuteriseacutees agrave hauteurdu gicleur La combustion de ce mazout gazeux forme une flamme bleuepeu intense et difficile agrave deacutetecter par une photoreacutesistance (LDR) Il estdegraves lors souvent neacutecessaire dutiliser un deacutetecteur infrarouge (IR) ouultraviolet (UV) plus oneacutereux Cette caracteacuteristique est pleinementexploiteacutee dans les brucircleurs dits agrave flamme bleue

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1236

Brucircleurs Low Nox

La recirculation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La

recirculation peut eacutegalement ecirctre externe

Cas particulier des brucircleurs flamme bleue

Le brucircleur agrave flamme bleue est un brucircleur dans lequel le mazout pulveacuteriseacuteest entiegraverement vaporiseacute avant la combustion On parle aussi de brucircleur agravegazeacuteification La chaleur requise pour leacutevaporation est fournie par les gazde combustion recycleacutes Il en reacutesulte une combustion quasi totale dans laphase gazeuse avec un excegraves dair minime et une production nulle de suiesComme le mazout est brucircleacute agrave leacutetat gazeux la flamme de ce brucircleur preacutesentela couleur bleue typique dune flamme gaz cest pourquoi on parle de brucircleuragrave flamme bleue Le principe du brucircleur agrave flamme bleue et celui du brucircleurLow NOx agrave recirculation preacutesentent de nombreuses similitudes notammentune faible eacutemission de NOx

Au niveau du coucirct dun tel brucircleur donnons lexemple dun fabricantallemand Dans sa gamme de brucircleur allant de 15 agrave 315 kW le surcoucirct dunbrucircleur agrave flamme bleue par rapport agrave un brucircleur agrave flamme jaune varie de15 agrave 60

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1336

Exemple de brucircleur agrave flamme bleue lair de combustion est achemineacute par deuxconduites lateacuterales et ameneacute au point de combustion via un mouvement tangentiel Lors

de la sortie de la forme conique il se produit un effet de tourbillon qui provoque larecirculation de 50 des gaz de combustion Deux canaux dameneacutees dair de

deacutemarrage envoient un leacuteger excegraves dair dans la flamme durant la premiegravere minute apregraves

lallumage jusquagrave ce que la partie frontale du gueulard du brucircleur ait atteint unetempeacuterature suffisante pour passer agrave la gazeacuteification

Flamme jaune et flamme bleue

Emission de NOx des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1436

Emission de suies des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

On reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs fuel

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 kW Lors

de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleine puissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes le brucircleurdeacutemarre avec une puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance

apregraves le temps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de chocprovoqueacutee par lallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1536

reacuteglage du registre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produitavec un excegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage peut sappliquer aux brucircleurs de plus de 50 kW Ilrepose sur le mecircme principe que dans le cas preacuteceacutedent Il sen diffeacuterenciecependant par la reacuteduction plus important de la puissance au deacutemarrage Ilsagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont la commande ne permet pas lechoix de lallure en fonction des besoins Le temps seacuteparant lallumage dupassage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relais programmable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf si

le reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Deux possibiliteacutes constructives sont exploiteacutees dans les brucircleurs 2 allures

bull Soit une pompe alimente deux gicleurs diffeacuterents via deuxeacutelectrovannes la petite allure est assureacutee par louverture duneeacutelectrovanne et lalimentation du premier gicleur pour assurer la grandeallure la deuxiegraveme eacutelectrovanne est activeacutee (la premiegravere restant ouverte)et alimente le second gicleur en compleacutement

bull Soit une pompe agrave deux eacutetages alimente un seul gicleur via deux

reacutegulateurs de pression

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1636

bull Soit un gicleur agrave retour (pour les grosses puissances) Il sagit enfait dun gicleur dont une partie du fuel qui lalimente nest pas pulveacuteriseacuteeet est renvoyeacutee vers la cuve Par un jeu de vanne automatique lareacutesistance du circuit retour du gicleur permet une variation du deacutebitpulveacuteriseacute

Brucircleur 2 allures avec gicleur agrave retour

- en petite allure les eacutelectrovannes (1) et (2) sont ouvertes La pression de pulveacuterisationest reacutegleacutee par le reacutegulateur de pression

- en grande allure leacutelectrovanne (2) est fermeacutee et le gicleur est soumis agrave la pression dela pompe

Brucircleur agrave deux gicleurs et deux eacutelectrovannes

Dans les diffeacuterents cas le registre dair est agrave deux positions fixeacutees

bull soit par un veacuterin hydraulique activeacute par la pression de combustiblebull soit un servomoteureacutelectriquebull soit un eacutelectro-aimant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 9: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 936

bull Post-allumage pour permettre agrave la flamme de se stabiliserleacutetincelle est maintenue un court instant apregraves lapparition de la flamme

bull Reacutegime de fonctionnement apregraves lapparition de la flamme misehors tension du circuit dallumage

bull Arrecirct degraves satisfaction des besoins calorifiques arrecirct du brucircleur parmise hors tension du moteur du ventilateur et de leacutelectrovanne

Pour automatiser ces opeacuterations il faut un moyen fiable pour chronomeacutetrer ladureacutee des seacutequences qui doivent se reacutepeacuteter fidegravelement pendant des anneacuteesLes coffrets actuels comportent tous une peacuteriode de preacute et post-allumagePour les grosses puissances il y a en plus une preacuteventilation

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicien

chargeacute du deacutepannage

Le but est deacuteviter de pulveacuteriser du fuel dans une chaudiegravere sans le brucircler Onrisquerait dinonder le foyer (et mecircme la chaufferie) et lallumage intempestif pourrait provoquer une explosion

Cellule photoreacutesistante

Actuellement la deacutetection de la flamme fuel se fait freacutequemment par cellulephotoreacutesistante La cellule photoreacutesistante reacuteagit directement agrave la lumiegravereeacutemise par la flamme Cette reacuteaction est pratiquement instantaneacutee ce quipermet une commande rapide du systegraveme de seacutecuriteacute La cellule estconstitueacutee par un semi-conducteur dont la reacutesistance varie en fonction inversede son eacuteclairement ce mateacuteriau a la proprieacuteteacute de ne permettre le passage ducourant que lorsquil est eacuteclaireacute Il est commode de veacuterifier lefficaciteacute dunetelle cellule par la mesure de sa reacutesistance dans lobscuriteacute et par exemple agravela lumiegravere dune lampe de poche En regravegle geacuteneacuterale les cellulesphotoreacutesistantes sont destineacutees agrave la surveillance des flammes fuel (flamme

jaune agrave infra-rouge) et moins agrave la surveillance des flammes gaz qui eacutemettentplus de rayons ultra-violets

Cellule photoeacutelectrique

La cellule photoeacutelectrique est sensible au rayonnement lumineux situeacute dans lespectre visible Lorsquelle est soumise agrave ce rayonnement une tension apparaicirctagrave ses bornes La cellule se comporte comme un geacuteneacuterateur de courant tout

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1036

incident annule le signal eacutemis et provoque la mise en seacutecuriteacute du brucircleur Lescellules photoeacutelectriques ne sont utiliseacutees que pour les flammes fuel Leurprincipal inconveacutenient est un vieillissement rapide

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO SO2 NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certaines

conditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils fonteacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pour

diminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1136

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette recirculation des gaz varie selonles constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce larecirculation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave recirculation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la recirculation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne une gazeacuteification des particules de mazout pulveacuteriseacutees agrave hauteurdu gicleur La combustion de ce mazout gazeux forme une flamme bleuepeu intense et difficile agrave deacutetecter par une photoreacutesistance (LDR) Il estdegraves lors souvent neacutecessaire dutiliser un deacutetecteur infrarouge (IR) ouultraviolet (UV) plus oneacutereux Cette caracteacuteristique est pleinementexploiteacutee dans les brucircleurs dits agrave flamme bleue

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1236

Brucircleurs Low Nox

La recirculation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La

recirculation peut eacutegalement ecirctre externe

Cas particulier des brucircleurs flamme bleue

Le brucircleur agrave flamme bleue est un brucircleur dans lequel le mazout pulveacuteriseacuteest entiegraverement vaporiseacute avant la combustion On parle aussi de brucircleur agravegazeacuteification La chaleur requise pour leacutevaporation est fournie par les gazde combustion recycleacutes Il en reacutesulte une combustion quasi totale dans laphase gazeuse avec un excegraves dair minime et une production nulle de suiesComme le mazout est brucircleacute agrave leacutetat gazeux la flamme de ce brucircleur preacutesentela couleur bleue typique dune flamme gaz cest pourquoi on parle de brucircleuragrave flamme bleue Le principe du brucircleur agrave flamme bleue et celui du brucircleurLow NOx agrave recirculation preacutesentent de nombreuses similitudes notammentune faible eacutemission de NOx

Au niveau du coucirct dun tel brucircleur donnons lexemple dun fabricantallemand Dans sa gamme de brucircleur allant de 15 agrave 315 kW le surcoucirct dunbrucircleur agrave flamme bleue par rapport agrave un brucircleur agrave flamme jaune varie de15 agrave 60

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1336

Exemple de brucircleur agrave flamme bleue lair de combustion est achemineacute par deuxconduites lateacuterales et ameneacute au point de combustion via un mouvement tangentiel Lors

de la sortie de la forme conique il se produit un effet de tourbillon qui provoque larecirculation de 50 des gaz de combustion Deux canaux dameneacutees dair de

deacutemarrage envoient un leacuteger excegraves dair dans la flamme durant la premiegravere minute apregraves

lallumage jusquagrave ce que la partie frontale du gueulard du brucircleur ait atteint unetempeacuterature suffisante pour passer agrave la gazeacuteification

Flamme jaune et flamme bleue

Emission de NOx des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1436

Emission de suies des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

On reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs fuel

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 kW Lors

de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleine puissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes le brucircleurdeacutemarre avec une puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance

apregraves le temps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de chocprovoqueacutee par lallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1536

reacuteglage du registre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produitavec un excegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage peut sappliquer aux brucircleurs de plus de 50 kW Ilrepose sur le mecircme principe que dans le cas preacuteceacutedent Il sen diffeacuterenciecependant par la reacuteduction plus important de la puissance au deacutemarrage Ilsagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont la commande ne permet pas lechoix de lallure en fonction des besoins Le temps seacuteparant lallumage dupassage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relais programmable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf si

le reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Deux possibiliteacutes constructives sont exploiteacutees dans les brucircleurs 2 allures

bull Soit une pompe alimente deux gicleurs diffeacuterents via deuxeacutelectrovannes la petite allure est assureacutee par louverture duneeacutelectrovanne et lalimentation du premier gicleur pour assurer la grandeallure la deuxiegraveme eacutelectrovanne est activeacutee (la premiegravere restant ouverte)et alimente le second gicleur en compleacutement

bull Soit une pompe agrave deux eacutetages alimente un seul gicleur via deux

reacutegulateurs de pression

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1636

bull Soit un gicleur agrave retour (pour les grosses puissances) Il sagit enfait dun gicleur dont une partie du fuel qui lalimente nest pas pulveacuteriseacuteeet est renvoyeacutee vers la cuve Par un jeu de vanne automatique lareacutesistance du circuit retour du gicleur permet une variation du deacutebitpulveacuteriseacute

Brucircleur 2 allures avec gicleur agrave retour

- en petite allure les eacutelectrovannes (1) et (2) sont ouvertes La pression de pulveacuterisationest reacutegleacutee par le reacutegulateur de pression

- en grande allure leacutelectrovanne (2) est fermeacutee et le gicleur est soumis agrave la pression dela pompe

Brucircleur agrave deux gicleurs et deux eacutelectrovannes

Dans les diffeacuterents cas le registre dair est agrave deux positions fixeacutees

bull soit par un veacuterin hydraulique activeacute par la pression de combustiblebull soit un servomoteureacutelectriquebull soit un eacutelectro-aimant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 10: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1036

incident annule le signal eacutemis et provoque la mise en seacutecuriteacute du brucircleur Lescellules photoeacutelectriques ne sont utiliseacutees que pour les flammes fuel Leurprincipal inconveacutenient est un vieillissement rapide

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO SO2 NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certaines

conditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils fonteacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pour

diminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1136

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette recirculation des gaz varie selonles constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce larecirculation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave recirculation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la recirculation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne une gazeacuteification des particules de mazout pulveacuteriseacutees agrave hauteurdu gicleur La combustion de ce mazout gazeux forme une flamme bleuepeu intense et difficile agrave deacutetecter par une photoreacutesistance (LDR) Il estdegraves lors souvent neacutecessaire dutiliser un deacutetecteur infrarouge (IR) ouultraviolet (UV) plus oneacutereux Cette caracteacuteristique est pleinementexploiteacutee dans les brucircleurs dits agrave flamme bleue

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1236

Brucircleurs Low Nox

La recirculation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La

recirculation peut eacutegalement ecirctre externe

Cas particulier des brucircleurs flamme bleue

Le brucircleur agrave flamme bleue est un brucircleur dans lequel le mazout pulveacuteriseacuteest entiegraverement vaporiseacute avant la combustion On parle aussi de brucircleur agravegazeacuteification La chaleur requise pour leacutevaporation est fournie par les gazde combustion recycleacutes Il en reacutesulte une combustion quasi totale dans laphase gazeuse avec un excegraves dair minime et une production nulle de suiesComme le mazout est brucircleacute agrave leacutetat gazeux la flamme de ce brucircleur preacutesentela couleur bleue typique dune flamme gaz cest pourquoi on parle de brucircleuragrave flamme bleue Le principe du brucircleur agrave flamme bleue et celui du brucircleurLow NOx agrave recirculation preacutesentent de nombreuses similitudes notammentune faible eacutemission de NOx

Au niveau du coucirct dun tel brucircleur donnons lexemple dun fabricantallemand Dans sa gamme de brucircleur allant de 15 agrave 315 kW le surcoucirct dunbrucircleur agrave flamme bleue par rapport agrave un brucircleur agrave flamme jaune varie de15 agrave 60

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1336

Exemple de brucircleur agrave flamme bleue lair de combustion est achemineacute par deuxconduites lateacuterales et ameneacute au point de combustion via un mouvement tangentiel Lors

de la sortie de la forme conique il se produit un effet de tourbillon qui provoque larecirculation de 50 des gaz de combustion Deux canaux dameneacutees dair de

deacutemarrage envoient un leacuteger excegraves dair dans la flamme durant la premiegravere minute apregraves

lallumage jusquagrave ce que la partie frontale du gueulard du brucircleur ait atteint unetempeacuterature suffisante pour passer agrave la gazeacuteification

Flamme jaune et flamme bleue

Emission de NOx des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1436

Emission de suies des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

On reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs fuel

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 kW Lors

de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleine puissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes le brucircleurdeacutemarre avec une puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance

apregraves le temps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de chocprovoqueacutee par lallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1536

reacuteglage du registre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produitavec un excegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage peut sappliquer aux brucircleurs de plus de 50 kW Ilrepose sur le mecircme principe que dans le cas preacuteceacutedent Il sen diffeacuterenciecependant par la reacuteduction plus important de la puissance au deacutemarrage Ilsagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont la commande ne permet pas lechoix de lallure en fonction des besoins Le temps seacuteparant lallumage dupassage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relais programmable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf si

le reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Deux possibiliteacutes constructives sont exploiteacutees dans les brucircleurs 2 allures

bull Soit une pompe alimente deux gicleurs diffeacuterents via deuxeacutelectrovannes la petite allure est assureacutee par louverture duneeacutelectrovanne et lalimentation du premier gicleur pour assurer la grandeallure la deuxiegraveme eacutelectrovanne est activeacutee (la premiegravere restant ouverte)et alimente le second gicleur en compleacutement

bull Soit une pompe agrave deux eacutetages alimente un seul gicleur via deux

reacutegulateurs de pression

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1636

bull Soit un gicleur agrave retour (pour les grosses puissances) Il sagit enfait dun gicleur dont une partie du fuel qui lalimente nest pas pulveacuteriseacuteeet est renvoyeacutee vers la cuve Par un jeu de vanne automatique lareacutesistance du circuit retour du gicleur permet une variation du deacutebitpulveacuteriseacute

Brucircleur 2 allures avec gicleur agrave retour

- en petite allure les eacutelectrovannes (1) et (2) sont ouvertes La pression de pulveacuterisationest reacutegleacutee par le reacutegulateur de pression

- en grande allure leacutelectrovanne (2) est fermeacutee et le gicleur est soumis agrave la pression dela pompe

Brucircleur agrave deux gicleurs et deux eacutelectrovannes

Dans les diffeacuterents cas le registre dair est agrave deux positions fixeacutees

bull soit par un veacuterin hydraulique activeacute par la pression de combustiblebull soit un servomoteureacutelectriquebull soit un eacutelectro-aimant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 11: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1136

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette recirculation des gaz varie selonles constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce larecirculation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave recirculation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la recirculation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

bull la recirculation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne une gazeacuteification des particules de mazout pulveacuteriseacutees agrave hauteurdu gicleur La combustion de ce mazout gazeux forme une flamme bleuepeu intense et difficile agrave deacutetecter par une photoreacutesistance (LDR) Il estdegraves lors souvent neacutecessaire dutiliser un deacutetecteur infrarouge (IR) ouultraviolet (UV) plus oneacutereux Cette caracteacuteristique est pleinementexploiteacutee dans les brucircleurs dits agrave flamme bleue

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1236

Brucircleurs Low Nox

La recirculation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La

recirculation peut eacutegalement ecirctre externe

Cas particulier des brucircleurs flamme bleue

Le brucircleur agrave flamme bleue est un brucircleur dans lequel le mazout pulveacuteriseacuteest entiegraverement vaporiseacute avant la combustion On parle aussi de brucircleur agravegazeacuteification La chaleur requise pour leacutevaporation est fournie par les gazde combustion recycleacutes Il en reacutesulte une combustion quasi totale dans laphase gazeuse avec un excegraves dair minime et une production nulle de suiesComme le mazout est brucircleacute agrave leacutetat gazeux la flamme de ce brucircleur preacutesentela couleur bleue typique dune flamme gaz cest pourquoi on parle de brucircleuragrave flamme bleue Le principe du brucircleur agrave flamme bleue et celui du brucircleurLow NOx agrave recirculation preacutesentent de nombreuses similitudes notammentune faible eacutemission de NOx

Au niveau du coucirct dun tel brucircleur donnons lexemple dun fabricantallemand Dans sa gamme de brucircleur allant de 15 agrave 315 kW le surcoucirct dunbrucircleur agrave flamme bleue par rapport agrave un brucircleur agrave flamme jaune varie de15 agrave 60

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1336

Exemple de brucircleur agrave flamme bleue lair de combustion est achemineacute par deuxconduites lateacuterales et ameneacute au point de combustion via un mouvement tangentiel Lors

de la sortie de la forme conique il se produit un effet de tourbillon qui provoque larecirculation de 50 des gaz de combustion Deux canaux dameneacutees dair de

deacutemarrage envoient un leacuteger excegraves dair dans la flamme durant la premiegravere minute apregraves

lallumage jusquagrave ce que la partie frontale du gueulard du brucircleur ait atteint unetempeacuterature suffisante pour passer agrave la gazeacuteification

Flamme jaune et flamme bleue

Emission de NOx des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1436

Emission de suies des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

On reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs fuel

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 kW Lors

de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleine puissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes le brucircleurdeacutemarre avec une puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance

apregraves le temps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de chocprovoqueacutee par lallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1536

reacuteglage du registre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produitavec un excegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage peut sappliquer aux brucircleurs de plus de 50 kW Ilrepose sur le mecircme principe que dans le cas preacuteceacutedent Il sen diffeacuterenciecependant par la reacuteduction plus important de la puissance au deacutemarrage Ilsagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont la commande ne permet pas lechoix de lallure en fonction des besoins Le temps seacuteparant lallumage dupassage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relais programmable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf si

le reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Deux possibiliteacutes constructives sont exploiteacutees dans les brucircleurs 2 allures

bull Soit une pompe alimente deux gicleurs diffeacuterents via deuxeacutelectrovannes la petite allure est assureacutee par louverture duneeacutelectrovanne et lalimentation du premier gicleur pour assurer la grandeallure la deuxiegraveme eacutelectrovanne est activeacutee (la premiegravere restant ouverte)et alimente le second gicleur en compleacutement

bull Soit une pompe agrave deux eacutetages alimente un seul gicleur via deux

reacutegulateurs de pression

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1636

bull Soit un gicleur agrave retour (pour les grosses puissances) Il sagit enfait dun gicleur dont une partie du fuel qui lalimente nest pas pulveacuteriseacuteeet est renvoyeacutee vers la cuve Par un jeu de vanne automatique lareacutesistance du circuit retour du gicleur permet une variation du deacutebitpulveacuteriseacute

Brucircleur 2 allures avec gicleur agrave retour

- en petite allure les eacutelectrovannes (1) et (2) sont ouvertes La pression de pulveacuterisationest reacutegleacutee par le reacutegulateur de pression

- en grande allure leacutelectrovanne (2) est fermeacutee et le gicleur est soumis agrave la pression dela pompe

Brucircleur agrave deux gicleurs et deux eacutelectrovannes

Dans les diffeacuterents cas le registre dair est agrave deux positions fixeacutees

bull soit par un veacuterin hydraulique activeacute par la pression de combustiblebull soit un servomoteureacutelectriquebull soit un eacutelectro-aimant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 12: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1236

Brucircleurs Low Nox

La recirculation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La

recirculation peut eacutegalement ecirctre externe

Cas particulier des brucircleurs flamme bleue

Le brucircleur agrave flamme bleue est un brucircleur dans lequel le mazout pulveacuteriseacuteest entiegraverement vaporiseacute avant la combustion On parle aussi de brucircleur agravegazeacuteification La chaleur requise pour leacutevaporation est fournie par les gazde combustion recycleacutes Il en reacutesulte une combustion quasi totale dans laphase gazeuse avec un excegraves dair minime et une production nulle de suiesComme le mazout est brucircleacute agrave leacutetat gazeux la flamme de ce brucircleur preacutesentela couleur bleue typique dune flamme gaz cest pourquoi on parle de brucircleuragrave flamme bleue Le principe du brucircleur agrave flamme bleue et celui du brucircleurLow NOx agrave recirculation preacutesentent de nombreuses similitudes notammentune faible eacutemission de NOx

Au niveau du coucirct dun tel brucircleur donnons lexemple dun fabricantallemand Dans sa gamme de brucircleur allant de 15 agrave 315 kW le surcoucirct dunbrucircleur agrave flamme bleue par rapport agrave un brucircleur agrave flamme jaune varie de15 agrave 60

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1336

Exemple de brucircleur agrave flamme bleue lair de combustion est achemineacute par deuxconduites lateacuterales et ameneacute au point de combustion via un mouvement tangentiel Lors

de la sortie de la forme conique il se produit un effet de tourbillon qui provoque larecirculation de 50 des gaz de combustion Deux canaux dameneacutees dair de

deacutemarrage envoient un leacuteger excegraves dair dans la flamme durant la premiegravere minute apregraves

lallumage jusquagrave ce que la partie frontale du gueulard du brucircleur ait atteint unetempeacuterature suffisante pour passer agrave la gazeacuteification

Flamme jaune et flamme bleue

Emission de NOx des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1436

Emission de suies des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

On reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs fuel

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 kW Lors

de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleine puissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes le brucircleurdeacutemarre avec une puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance

apregraves le temps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de chocprovoqueacutee par lallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1536

reacuteglage du registre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produitavec un excegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage peut sappliquer aux brucircleurs de plus de 50 kW Ilrepose sur le mecircme principe que dans le cas preacuteceacutedent Il sen diffeacuterenciecependant par la reacuteduction plus important de la puissance au deacutemarrage Ilsagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont la commande ne permet pas lechoix de lallure en fonction des besoins Le temps seacuteparant lallumage dupassage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relais programmable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf si

le reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Deux possibiliteacutes constructives sont exploiteacutees dans les brucircleurs 2 allures

bull Soit une pompe alimente deux gicleurs diffeacuterents via deuxeacutelectrovannes la petite allure est assureacutee par louverture duneeacutelectrovanne et lalimentation du premier gicleur pour assurer la grandeallure la deuxiegraveme eacutelectrovanne est activeacutee (la premiegravere restant ouverte)et alimente le second gicleur en compleacutement

bull Soit une pompe agrave deux eacutetages alimente un seul gicleur via deux

reacutegulateurs de pression

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1636

bull Soit un gicleur agrave retour (pour les grosses puissances) Il sagit enfait dun gicleur dont une partie du fuel qui lalimente nest pas pulveacuteriseacuteeet est renvoyeacutee vers la cuve Par un jeu de vanne automatique lareacutesistance du circuit retour du gicleur permet une variation du deacutebitpulveacuteriseacute

Brucircleur 2 allures avec gicleur agrave retour

- en petite allure les eacutelectrovannes (1) et (2) sont ouvertes La pression de pulveacuterisationest reacutegleacutee par le reacutegulateur de pression

- en grande allure leacutelectrovanne (2) est fermeacutee et le gicleur est soumis agrave la pression dela pompe

Brucircleur agrave deux gicleurs et deux eacutelectrovannes

Dans les diffeacuterents cas le registre dair est agrave deux positions fixeacutees

bull soit par un veacuterin hydraulique activeacute par la pression de combustiblebull soit un servomoteureacutelectriquebull soit un eacutelectro-aimant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 13: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1336

Exemple de brucircleur agrave flamme bleue lair de combustion est achemineacute par deuxconduites lateacuterales et ameneacute au point de combustion via un mouvement tangentiel Lors

de la sortie de la forme conique il se produit un effet de tourbillon qui provoque larecirculation de 50 des gaz de combustion Deux canaux dameneacutees dair de

deacutemarrage envoient un leacuteger excegraves dair dans la flamme durant la premiegravere minute apregraves

lallumage jusquagrave ce que la partie frontale du gueulard du brucircleur ait atteint unetempeacuterature suffisante pour passer agrave la gazeacuteification

Flamme jaune et flamme bleue

Emission de NOx des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1436

Emission de suies des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

On reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs fuel

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 kW Lors

de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleine puissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes le brucircleurdeacutemarre avec une puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance

apregraves le temps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de chocprovoqueacutee par lallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1536

reacuteglage du registre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produitavec un excegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage peut sappliquer aux brucircleurs de plus de 50 kW Ilrepose sur le mecircme principe que dans le cas preacuteceacutedent Il sen diffeacuterenciecependant par la reacuteduction plus important de la puissance au deacutemarrage Ilsagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont la commande ne permet pas lechoix de lallure en fonction des besoins Le temps seacuteparant lallumage dupassage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relais programmable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf si

le reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Deux possibiliteacutes constructives sont exploiteacutees dans les brucircleurs 2 allures

bull Soit une pompe alimente deux gicleurs diffeacuterents via deuxeacutelectrovannes la petite allure est assureacutee par louverture duneeacutelectrovanne et lalimentation du premier gicleur pour assurer la grandeallure la deuxiegraveme eacutelectrovanne est activeacutee (la premiegravere restant ouverte)et alimente le second gicleur en compleacutement

bull Soit une pompe agrave deux eacutetages alimente un seul gicleur via deux

reacutegulateurs de pression

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1636

bull Soit un gicleur agrave retour (pour les grosses puissances) Il sagit enfait dun gicleur dont une partie du fuel qui lalimente nest pas pulveacuteriseacuteeet est renvoyeacutee vers la cuve Par un jeu de vanne automatique lareacutesistance du circuit retour du gicleur permet une variation du deacutebitpulveacuteriseacute

Brucircleur 2 allures avec gicleur agrave retour

- en petite allure les eacutelectrovannes (1) et (2) sont ouvertes La pression de pulveacuterisationest reacutegleacutee par le reacutegulateur de pression

- en grande allure leacutelectrovanne (2) est fermeacutee et le gicleur est soumis agrave la pression dela pompe

Brucircleur agrave deux gicleurs et deux eacutelectrovannes

Dans les diffeacuterents cas le registre dair est agrave deux positions fixeacutees

bull soit par un veacuterin hydraulique activeacute par la pression de combustiblebull soit un servomoteureacutelectriquebull soit un eacutelectro-aimant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 14: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1436

Emission de suies des brucircleurs flamme bleue et Low NOx compareacutee aux exigences desnorme et label allemands

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

On reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs fuel

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 kW Lors

de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleine puissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes le brucircleurdeacutemarre avec une puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance

apregraves le temps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de chocprovoqueacutee par lallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1536

reacuteglage du registre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produitavec un excegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage peut sappliquer aux brucircleurs de plus de 50 kW Ilrepose sur le mecircme principe que dans le cas preacuteceacutedent Il sen diffeacuterenciecependant par la reacuteduction plus important de la puissance au deacutemarrage Ilsagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont la commande ne permet pas lechoix de lallure en fonction des besoins Le temps seacuteparant lallumage dupassage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relais programmable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf si

le reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Deux possibiliteacutes constructives sont exploiteacutees dans les brucircleurs 2 allures

bull Soit une pompe alimente deux gicleurs diffeacuterents via deuxeacutelectrovannes la petite allure est assureacutee par louverture duneeacutelectrovanne et lalimentation du premier gicleur pour assurer la grandeallure la deuxiegraveme eacutelectrovanne est activeacutee (la premiegravere restant ouverte)et alimente le second gicleur en compleacutement

bull Soit une pompe agrave deux eacutetages alimente un seul gicleur via deux

reacutegulateurs de pression

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1636

bull Soit un gicleur agrave retour (pour les grosses puissances) Il sagit enfait dun gicleur dont une partie du fuel qui lalimente nest pas pulveacuteriseacuteeet est renvoyeacutee vers la cuve Par un jeu de vanne automatique lareacutesistance du circuit retour du gicleur permet une variation du deacutebitpulveacuteriseacute

Brucircleur 2 allures avec gicleur agrave retour

- en petite allure les eacutelectrovannes (1) et (2) sont ouvertes La pression de pulveacuterisationest reacutegleacutee par le reacutegulateur de pression

- en grande allure leacutelectrovanne (2) est fermeacutee et le gicleur est soumis agrave la pression dela pompe

Brucircleur agrave deux gicleurs et deux eacutelectrovannes

Dans les diffeacuterents cas le registre dair est agrave deux positions fixeacutees

bull soit par un veacuterin hydraulique activeacute par la pression de combustiblebull soit un servomoteureacutelectriquebull soit un eacutelectro-aimant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 15: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1536

reacuteglage du registre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produitavec un excegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage peut sappliquer aux brucircleurs de plus de 50 kW Ilrepose sur le mecircme principe que dans le cas preacuteceacutedent Il sen diffeacuterenciecependant par la reacuteduction plus important de la puissance au deacutemarrage Ilsagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont la commande ne permet pas lechoix de lallure en fonction des besoins Le temps seacuteparant lallumage dupassage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relais programmable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf si

le reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Deux possibiliteacutes constructives sont exploiteacutees dans les brucircleurs 2 allures

bull Soit une pompe alimente deux gicleurs diffeacuterents via deuxeacutelectrovannes la petite allure est assureacutee par louverture duneeacutelectrovanne et lalimentation du premier gicleur pour assurer la grandeallure la deuxiegraveme eacutelectrovanne est activeacutee (la premiegravere restant ouverte)et alimente le second gicleur en compleacutement

bull Soit une pompe agrave deux eacutetages alimente un seul gicleur via deux

reacutegulateurs de pression

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1636

bull Soit un gicleur agrave retour (pour les grosses puissances) Il sagit enfait dun gicleur dont une partie du fuel qui lalimente nest pas pulveacuteriseacuteeet est renvoyeacutee vers la cuve Par un jeu de vanne automatique lareacutesistance du circuit retour du gicleur permet une variation du deacutebitpulveacuteriseacute

Brucircleur 2 allures avec gicleur agrave retour

- en petite allure les eacutelectrovannes (1) et (2) sont ouvertes La pression de pulveacuterisationest reacutegleacutee par le reacutegulateur de pression

- en grande allure leacutelectrovanne (2) est fermeacutee et le gicleur est soumis agrave la pression dela pompe

Brucircleur agrave deux gicleurs et deux eacutelectrovannes

Dans les diffeacuterents cas le registre dair est agrave deux positions fixeacutees

bull soit par un veacuterin hydraulique activeacute par la pression de combustiblebull soit un servomoteureacutelectriquebull soit un eacutelectro-aimant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 16: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1636

bull Soit un gicleur agrave retour (pour les grosses puissances) Il sagit enfait dun gicleur dont une partie du fuel qui lalimente nest pas pulveacuteriseacuteeet est renvoyeacutee vers la cuve Par un jeu de vanne automatique lareacutesistance du circuit retour du gicleur permet une variation du deacutebitpulveacuteriseacute

Brucircleur 2 allures avec gicleur agrave retour

- en petite allure les eacutelectrovannes (1) et (2) sont ouvertes La pression de pulveacuterisationest reacutegleacutee par le reacutegulateur de pression

- en grande allure leacutelectrovanne (2) est fermeacutee et le gicleur est soumis agrave la pression dela pompe

Brucircleur agrave deux gicleurs et deux eacutelectrovannes

Dans les diffeacuterents cas le registre dair est agrave deux positions fixeacutees

bull soit par un veacuterin hydraulique activeacute par la pression de combustiblebull soit un servomoteureacutelectriquebull soit un eacutelectro-aimant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 17: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1736

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et donc

les fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Le brucircleur tout ou peu progressif est eacutequipeacute dun gicleur agrave retour

Fonctionnement dun brucircleur tout ou peu progressif

- en petite allure leacutelectrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le reacutegulateur de pression est en position minimum

- lors du passage en deuxiegraveme allure le servomoteur actionne progressivement lereacutegulateur de pression et le registre dair pour atteindre le maximum douverture en

deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 18: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1836

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffagerequise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

Brucircleur modulant fuel

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce quilimite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessousdune puissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doitfonctionner agrave haute tempeacuterature

Exemple

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 19: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 1936

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants fuel (de 30 agrave 100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de

puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de la quantiteacute de particules decombustible et leur dispersion (la pulveacuterisation du fuel devient difficile)

imposent daugmenter l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement

diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustionconstante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave la

condensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue de

moitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmentedonc et le rendement chute

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 20: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2036

Les brucircleurs gaz

bull Composants dun brucircleur agrave air pulseacutebull Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

bull Lalimentation en airbull La tecircte de combustionbull Dispositif de seacutecuriteacutebull Brucircleurs low NOxbull Brucircleurs 1 2 allures et modulantbull Cas particulier des brucircleurs atmospheacuteriques

Composants dun brucircleur agrave air pulseacute

Brucircleur gaz agrave air pulseacute 1 moteur 2 boicircte de controcircle 3 transformateur 4 pressostat mini air (brucircleur

1 allure) 5 pressostat mini air (brucircleur 2 allures) 6 eacutelectrodes 7 moteur volet dair8 eacutelectrovanne (2egraveme allure) 9 eacutelectrovanne de seacutecuriteacute 10 pressostat mini gaz

11 eacutelectrovanne (1egravere allure) 12 reacutegulateur de pression

Le brucircleur gaz a pour fonction de meacutelanger dans des proportions correcteslair comburant et le gaz pour permettre la combustion Lalimentation en airest assureacutee par un ventilateur qui puise lair ambiant de la chaufferie

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 21: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2136

Lalimentation en gaz est assureacutee par une eacutelectrovanne et des reacutegulateurs depression

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz agrave air pulseacute

Vannes gaz et reacuteglage du deacutebit

Electrovannes gaz 1 bobinage 2 armature concentrant le champ magneacutetique 3 noyau mobile

4 clapet de fermeture 5 siegravege du clapet 6 corps de vanne 7 ressort 8 partiemeacutetallique non conductrice de champ magneacutetique

Electrovanne hors tension(fermeacutee)

Electrovanne sous tension(ouverte)

Le Champ magneacutetique creacuteeacute par le

bobinage sous tension attire lenoyau mobile qui porte le clapet

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 22: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2236

de fermeture

La pression dalimentation de gaz est constante le reacuteglage du deacutebit se faitpar eacutetranglement avant lentreacutee dans la tecircte du brucircleur

bull soit par un teacute de reacuteglage indeacutependant de la vanne gazbull soit par un boisseau incorporeacute agrave la vanne gazbull soit par un limitateur de deacuteplacement du clapet de la vanne gaz

Dans les brucircleurs agrave deux allures les eacutelectrovannes sont composeacutees de deuxbobinages et de deux noyaux mobiles

Il existe eacutegalement des vannes hydrauliques dont le clapet est manoeuvreacute parun piston agrave huile Lavantage de ce systegraveme est une ouverture plusprogressive lieacutee agrave la vitesse de la pompe et une fermeture plus rapide lieacutee agrave lapression du ressort plus importante que pour les eacutelectrovannes Un deacutemarrageplus lent peut ecirctre obtenu au moyen de deux vannes magneacutetiques monteacutees enparallegravele

Les vannes gaz comportent un contact de fin de course qui interdit ledeacutemarrage du brucircleur si le clapet nest pas correctement fermeacute

La puissance du brucircleur

La puissance P du brucircleur deacutepend du deacutebit qgazde gaz Celui-ci peut ecirctremesureacute au niveau du compteur gaz

En premiegravere approximation en neacutegligeant linfluence de la pression et de la

tempeacuterature sur le deacutebit ainsi que la variation du pouvoir calorifique du gazdistribueacute on peut deacuteterminer la puissance du brucircleur par

P [kW] = qgaz [msup3min] x 60 [minh] x 10 [kWhmsup3]

Lalimentation en air

Lair neacutecessaire agrave la combustion est ameneacute dans le brucircleur au moyen dunventilateur centrifuge Ce ventilateur doit assurer le deacutebit dair neacutecessaire agrave lacombustion en vainquant la reacutesistance que rencontre lair jusquagrave la flamme lareacutesistance que rencontrent la flamme et les fumeacutees dans la chambre decombustion

Le ventilateur tournant agrave vitesse constante un registre dair permet de reacuteglerle deacutebit dair garantissant une combustion correcte (il faut 10 13 msup3 dairpour brucircler 1 msup3 de gaz) Ce registre peut ecirctre installeacute agrave laspiration ou aurefoulement du ventilateur

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 23: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2336

Le reacuteglage manuel du registre dair dun brucircleur une allure se fait souvent au moyen dun secteur gradueacute

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudiegravere lorsque le brucircleur est agravelarrecirct et donc leacutevacuation de sa chaleur par tirage naturel vers la chemineacuteeles fabricants preacutevoient sur les brucircleurs une fermeture automatique duregistre dair lorsque le brucircleur est agrave larrecirct

bull soit avec un servo-moteur eacutelectrique assurant louverture et lafermeturebull soit avec un contrepoids (qui peut ecirctre le propre poids du registre)ou un ressort Dans ce cas la deacutepression ouvre le registre et le flux dairle maintien en position ouverte

Dans les brucircleurs 2 allures la deacutetermination de la position du registre dairpeut par exemple ecirctre reacutegleacutee (systegraveme meacutecanique) au moyen de cames

La came bleue commande la fermeture totale agrave larrecirct

la came orange commande louverture en premiegravere allurela came rouge commande louverture en deuxiegraveme allurela came noire commande louverture de la vanne gaz de deuxiegraveme allure

Un disque repegravere situeacute en bout darbre permet de visualiser les diffeacuterentes positionsdouverture

Notons en outre que pour des raisons de seacutecuriteacute la pression dair estcontrocircleacutee en permanence avant la tecircte de combustion par un (brucircleur uneallure) ou deux pressostat (brucircleur 2 allures) En cas de deacutefaut le coffret decommande stoppe lalimentation de gaz

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 24: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2436

La tecircte de combustion

La tecircte de combustion du brucircleur est constitueacutee dun embout ou gueulard quiguide la flamme Celle-ci est allumeacutee au moyen deacutelectrodes alimenteacutees enhaute tension creacuteant un arc eacutelectrique

Exemple de deacuteflecteur

La flamme est maintenue en position gracircce au deacuteflecteur En effet le flux dairautour de ce dernier creacutee une deacutepression qui maintien la flamme en position

Tecircte de combustion dun brucircleur gaz

Les modegraveles de brucircleur gaz agrave air pulseacute se diffeacuterencient pas laforme de la tecircte de combustion On retrouve ainsi des tubesperceacutes de trous ou de fente des tubes agrave gaz des dispositifstourbillionneurs des accroche-flammes agrave fentes ou trous

Le reacuteglage de la tecircte de combustion cest-agrave-dire de la distance entre ledeacuteflecteur et lembout est essentiel au bon fonctionnement du brucircleur enreacutepartissant les deacutebits dair primaire (passant au centre du deacuteflecteur) et dairsecondaire (passant agrave la peacuteripheacuterie) Il sagit dobtenir une vitesse de meacutelangeaircombustible correcte Une vitesse trop importante entraicircne des difficulteacutesdallumage et daccrochage de la flamme Une vitesse trop lente provoque une

combustion oscillatoire Dans les 2 cas il y a des risques daccumulation degaz dans la chaudiegravere et donc dexplosion

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 25: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2536

Dispositif de seacutecuriteacute

Un controcircle continu de la flamme du brucircleur est neacutecessaire pour arrecircter cedernier immeacutediatement en cas de deacutefaut

bull si la flamme napparaicirct pas quand le combustible est libeacutereacutebull si la flamme disparaicirct en cours de fonctionnementbull si une flamme parasite apparaicirct alors que le brucircleur est en phase dedeacutemarrage

De plus le deacutefaut doit ecirctre signaleacute par une alarme qui avertit un technicienchargeacute du deacutepannage Le but est deacuteviter dadmettre du gaz dans unechaudiegravere sans le brucircler Lallumage intempestif de ce gaz pourrait provoquer

une explosion Comme eacuteleacutement de deacutetection de la flamme on utilise

bull un thermocouple sensible agrave la chaleur de la flamme (systegraveme dedeacutetection lent utiliseacute sur les chaudiegraveres atmospheacuteriques de moins de70 kW

bull un deacutetecteur infrarouge eacutegalement sensible agrave la chaleur de laflamme

bull une cellule UV qui eacutemet un signal eacutelectrique gracircce agrave lionisation dungaz contenu dans la cellule sous leffet des rayons UV eacutemis par lesflammes gaz

bull une sonde dionisation Cette sonde est sensible agrave la preacutesence dionset deacutelectrons dans toute flamme Il suffit degraves lors dessayer de fairepasser un courant dans la flamme Si le courant passe cest quil y a uneflamme

Brucircleurs low NOx

Les derniers deacuteveloppements en matiegravere de brucircleur ont principalement viseacute agravediminuer les eacutemissions polluantes comme les imbrucircleacutes CO NOx Lestechnologies appliqueacutees sont semblables pour les brucircleurs gaz ou les brucircleursfuel

Ideacutealement lors dune reacuteaction de combustion lazote N2 contenu dans laircomburant est rejeteacute tel quel sans ecirctre modifieacute Cependant sous certainesconditions il se combine avec loxygegravene pour former des NOx

Non seulement ceux-ci peuvent ecirctre directement toxiques pour la santeacute maiscontribuent agrave la formation dozone de smog et de pluies acides ils font

eacutegalement partie des gaz agrave effet de serre Leur eacutemission doit donc ecirctre reacuteduiteau minimum

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 26: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2636

Exemples de regraveglements et de labels limitant la production de NO x des chaudiegraveres en

Allemagne et en Suisse

Les paramegravetres influenccedilant la production de NOx sont

bull la tempeacuterature eacuteleveacutee de la flamme (supeacuterieure agrave 1 200degC)bull lexcegraves dair cest-agrave-dire la preacutesence importante doxygegravene (O2)nayant pas reacuteagi dans les fumeacuteesbull le temps de seacutejour des atomes dazote (N) dans la zone chaude dela flammebull

la concentration du combustible en N2

Evolution de la production de NOx en fonction de la tempeacuterature de la flamme

Les deux premiers paramegravetres deacutependent de la conception du brucircleur letroisiegraveme deacutepend de la conception de la chaudiegravere

Pour les brucircleurs pulseacutes (fuel ou gaz) la technique la plus courante pourdiminuer les eacutemissions doxyde dazote est le recyclage des gaz de combustiondans la tecircte du brucircleur

En fait cela consiste agrave meacutelanger une partie des gaz de fumeacutee agrave laircomburant dans le but de

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 27: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2736

bull diminuer la tempeacuterature de la flamme car mecircme avec plusieurscentaines de degreacutes les gaz brucircleacutes sont plus froids que la flammebull reacuteduire la concentration en oxygegravene du meacutelangebull favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifierfavorablement les conditions de combustion

La configuration aeacuteraulique pour reacutealiser cette re-circulation des gaz varieselon les constructeurs Dune maniegravere geacuteneacuterale cest limpulsion de lair decombustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage unpassage plus eacutetroit au niveau de la tecircte de combustion provoque uneacceacuteleacuteration du flux de gaz Cela geacutenegravere une deacutepression et amorce la re-circulation des gaz de combustion

On peut eacutegalement encore descendre la tempeacuterature de la flamme eneacutelargissant le front de flamme On recherche ainsi agrave avoir une flamme enforme dentonnoir ce qui augmente sa surface de refroidissement et doncdiminue sa tempeacuterature

Par rapport au brucircleur classique le brucircleur Low-NOx agrave re-circulation internedes gaz de combustion preacutesente les inconveacutenients suivants

bull la re-circulation demande de leacutenergie La comparaison entre unbrucircleur agrave pulveacuterisation traditionnel et un brucircleur Low NOx (le Ventilateuret la chambre de combustion eacutetant identiques) montre que la deacutepressionau niveau la tecircte du brucircleur Low NOx reacuteduit la puissance caloriquemaximale et modifie les caracteacuteristiques intrinsegraveques du brucircleur

bull la vitesse deacutecoulement eacuteleveacutee suscite des turbulences agrave hauteur duventuri Il peut en reacutesulter un accroissement du niveau sonore

bull la re-circulation des gaz de combustion dans la tecircte du brucircleurentraicircne un encrassement plus rapide des eacutelectrodes dallumage Unentretien preacuteventif est degraves lors neacutecessaire

En revanche un brucircleur Low-NOx produit de 20 agrave 50 deacutemissions NOx enmoins quun brucircleur traditionnel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 28: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2836

Brucircleurs Low Nox (ici en version fuel)

La re-circulation seffectue dans le foyer agrave hauteur de la tecircte de combustion Une zone dedeacutepression aspire agrave nouveau les gaz de combustion et les meacutelange agrave la flamme La re-

circulation peut eacutegalement ecirctre externe

Brucircleurs 1 2 allures et modulant

on reacutepertorie 4 modes de fonctionnement des brucircleurs gaz pulseacutes

bull en tout ou rienbull en 2 alluresbull en tout ou peu progressivementbull en modulation

Brucircleur tout ou rien

On parle de brucircleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur lebrucircleur senclenche fournit sa pleine puissance et sarrecircte lorsque les besoinssont satisfaits

Les brucircleurs tout ou rien se diffeacuterencient par leur mode de deacutemarrage

Deacutemarrage agrave pleine puissance

Ce type de brucircleur est utiliseacute pour les puissances infeacuterieures agrave 100 120 kWLors de la demande de chaleur le brucircleur deacutemarre directement agrave pleinepuissance

Deacutemarrage agrave deacutebit limiteacute

Lors dune demande de chaleur et gracircce agrave un jeu deacutelectrovannes (2 vannesmagneacutetiques ou bien dune seule vanne agrave 2 eacutetages) le brucircleur deacutemarre avecune puissance de lordre de 75 et passe agrave sa pleine puissance apregraves letemps de post-allumage Cela permet datteacutenuer londe de choc provoqueacutee parlallumage du combustible Comme dans ce type de brucircleur le reacuteglage duregistre dair est manuel la phase initiale du deacutemarrage se produit avec unexcegraves dair trop important et donc une combustion meacutediocre

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 29: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 2936

Deacutemarrage agrave petite allure

Ce mode de deacutemarrage repose sur le mecircme principe que dans le caspreacuteceacutedent Il sen diffeacuterencie cependant par la reacuteduction plus important de lapuissance au deacutemarrage Il sagit en fait de brucircleurs 2 allures mais dont lacommande ne permet pas le choix de lallure en fonction des besoins Letemps seacuteparant lallumage du passage agrave la deuxiegraveme allure est fixeacute (relaisprogrammable)

Brucircleur 2 allures

En cas de demande de chaleur le brucircleur est enclencheacute en premiegravere allure(qui repreacutesente entre 40 et 60 de la puissance nominale) Apregraves un deacutelaideacutetermineacute (relais programmable) le brucircleur passe agrave pleine puissance sauf sile reacutegulateur signale que cette pleine puissance nest pas neacutecessaire Dans cedernier cas la premiegravere allure est maintenue

Lorsque le brucircleur fonctionne en deuxiegraveme allure il est possible que lereacutegulateur estime que la pleine puissance nest plus requise et le brucircleurrepasse en premiegravere allure Si la puissance requise est infeacuterieure agrave lapuissance en allure reacuteduite le brucircleur sarrecircte Dans le cas inverse il repasseen deuxiegraveme allure

Brucircleur gaz 2 allures

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 30: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3036

Brucircleur gaz modulant

Le brucircleur 2 allures preacutesentent des avantages eacutenergeacutetiques indeacuteniables

bull Ladaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de

fonctionnement du brucircleur et diminue le nombre de cycles dallumagesources dimbrucircleacutes et deacutemissions polluantes

bull Les temps darrecirct de la chaudiegraveres et donc les pertes du mecircme nomsont moindres

bull La diminution de la puissance du brucircleur par rapport agrave la puissancede la chaudiegravere augmente le rendement de combustion En effet la taillede leacutechangeur augmente par rapport agrave la puissance de la flamme et doncles fumeacutees sortent plus froides de la chaudiegravere Un gain de rendement decombustion de 2 25 est ainsi possible entre la petite allure (60 de la puissance nominale) et la grande allure

Brucircleur tout ou peu progressif

Le principe de fonctionnement de ce type de brucircleur est semblable agrave celui dunbrucircleur 2 allures Ce brucircleur ne permet que 2 allures Le passage de lapremiegravere agrave la deuxiegraveme allure nest cependant plus brutal mais progressif (enun temps minimum de 30 secondes)

Si la demande de chaleur est infeacuterieure agrave la puissance en premiegravere allure lebrucircleur se met agrave larrecirct Si elle y correspond le brucircleur maintien sonfonctionnement en premiegravere allure Si elle en est supeacuterieure le brucircleur passeprogressivement en deuxiegraveme allure

Brucircleur modulant

Avec un brucircleur modulant toutes les allures de fonctionnement sontpossibles au delagrave dun minimum souvent de lordre de 30 Les deacutebits dairet de fuel sont reacutegleacutes en continu en fonction de la puissance de chauffage

requise ce qui permet un fonctionnement quasi continu

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 31: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3136

Brucircleur gaz modulant

Les avantages du brucircleur modulant sont du mecircme ordre que ceux du brucircleur2 allures Ladaptation de la puissance est cependant encore plus fine ce qui

limite encore les temps darrecirct dun brucircleur La modulation a cependant seslimites En effet agrave basse puissance le reacuteglage de lexcegraves dair devient difficileDe plus si la puissance du brucircleur diminue trop fortement des condensationsrisquent dapparaicirctre dans la chaudiegravere

Cest pourquoi les brucircleurs modulants traditionnels (utiliseacutes sur les chaudiegraveresqui ne sont pas agrave condensation) ne peuvent descendre en dessous dunepuissance de lordre de 30 et agrave ce moment la chaudiegravere doit le plussouvent fonctionner agrave haute tempeacuterature

Actuellement les fabricants de chaudiegraveres agrave condensation ont mis au pointpour leurs propres chaudiegraveres des brucircleurs gaz modulants pouvant moduler

leur puissance jusquagrave 10 de la puissance nominale Un meilleur controcircledes paramegravetres de la combustion leur permet en outre de maintenir unequaliteacute optimale du meacutelange gaz-air sur toute la plage de modulation

Exemple

Evolution du rendement de combustion des brucircleurs actuels en fonction de la

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 32: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3236

modulation de sa puissance

Pour les brucircleurs pulseacutes modulants traditionnels ( fuel ou gaz) (de 30 agrave

100 ) dans un premier temps lorsque la puissance du brucircleur diminue (agrave partir de 100 de puissance) la tempeacuterature des fumeacutees diminue et le

rendement augmente A partir dun certain moment la diminution de laquantiteacute de particules de combustible et leur dispersion imposent daugmenter

l excegraves dair pour eacuteviter les imbrucircleacutes Le rendement diminue de nouveau

Pour les nouveaux brucircleurs gaz modulant avec controcircle de la combustion le controcircle de la combustion permet de maintenir un excegraves dair correct sans production dimbrucircleacute sur toute la plage de modulation On obtient donc une

plage de modulation plus grande (10 agrave 100 ) avec une qualiteacute de combustion

constante et des fumeacutees qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver agrave lacondensation)

Pour les brucircleurs gaz atmospheacuterique 2 allures (sans ventilateur) (50 100 ) lair de combustion est ameneacute dans la chaudiegravere naturellement

Lexcegraves dair nest donc pas controcircleacute Si la puissance du brucircleur diminue demoitieacute ce nest pas le cas de la quantiteacute dair aspireacutee Lexcegraves dair augmente

donc et le rendement chute

Exemple de nouveau brucircleur pulseacute modulant (10 agrave 100 ) la modulation se fait gracircce agrave un cylindre coulissant deacutecouvrant progressivement la tecircte de

combustion

Cas particulier des brucircleurs atmospheacuterique

Les brucircleurs atmospheacuteriques sont des brucircleurs gaz dans lesquels

lalimentation en air ne se fait pas par un ventilateur Lair est entraicircneacute dansun venturi par le jet de gaz au niveau dinjecteurs

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 33: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3336

Principe de fonctionnement dun brucircleur gaz atmospheacuterique

Le reacutetreacutecissement dans le tube meacutelangeur augmente la vitesse du gaz Celacreacutee une deacutepression qui aspire une partie de lair comburant (appeleacutee airprimaire) et le meacutelange au gaz

Le meacutelange air primaire - gaz deacutebouche au niveau dune seacuterie de trous(circulaires pentes ) disposeacutes sur une ou plusieurs rampes

Lallumage du meacutelange se fait au moyen dune veilleuse ou dun systegravemeeacutelectrique (eacutetincelle ou eacutelectrode incandescente) Le compleacutement dairneacutecessaire agrave la combustion (appeleacute air secondaire) est aspireacute au niveau de laflamme par induction due agrave la force ascensionnelle

Electrode incandescente dallumage dun brucircleur atmospheacuterique

Dans ce type de brucircleur le pourcentage dair primaire varie de 40 agrave 50

Toutes les parties du brucircleurs (injecteurs tube de meacutelange rampes )doivent ecirctre adapteacutees les unes aux autres pour permettre une combustionstable sans deacutecrochement et sans retour de flamme Cest pourquoi lespossibiliteacutes de reacuteglage sur ce type de brucircleur sont nulles

Le gros avantage des chaudiegraveres eacutequipeacutees dun brucircleur atmospheacuterique(puissance jusquagrave 1 MW) est la simpliciteacute du systegraveme Les gros deacutesavantagessont

bull labsence de fermeture automatique du foyer agrave larrecirct du brucircleur Ilen reacutesulte des pertes agrave larrecirct importantes pour les chaudiegraveres

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 34: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3436

bull lexcegraves dair trop important provoquant un mauvais rendement decombustionbull une production importante de NOx

Brucircleurs agrave preacutemeacutelange

Pour eacuteviter les imbrucircleacutes et la production de CO les brucircleurs atmospheacuteriquesdoivent fonctionner avec un excegraves dair important Il en reacutesulte une productionimportante de NOx

Leacutevolution technologique de ces brucircleurs conduit agrave ce quon appelle lesbrucircleurs agrave preacutemeacutelange Dans ces brucircleurs lair est entiegraverement meacutelangeacute augaz dans une chambre de preacutemeacutelange avec ou sans laide dun ventilateur Lemeacutelange est alors reacuteparti sur une surface daccrochage (par exemple entreillis meacutetallique) ougrave se deacuteveloppe la flamme

Brucircleur agrave preacutemeacutelange sans ventilateur

Chaudiegravere gaz avec brucircleur agrave preacutemeacutelange total sans ventilateur

Cette technique de brucircleur permet daffiner le dosage entre lair et le gaz etdonc de diminuer lexcegraves dair De plus la surface daccrochage peut ecirctre

eacutetudieacutee pour augmenter la surface des flammes et diminuer leur longueur Il

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 35: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3536

en reacutesulte une augmentation du rendement de combustion et une diminutiondes eacutemissions polluantes (NOx)

Flamme dun brucircleur atmospheacuterique agrave preacutemeacutelange en forme de tregravefle

Brucircleurs radiants ou rayonnants

Les brucircleurs rayonnants ou radiants vont encore plus loin dans loptimalisationdes eacutemissions Le but est de reacuteduire au maximum la tempeacuterature de laflamme Si la surface daccrochage de la flamme est en mateacuteriau reacutefractaire(ceacuteramique ou acier inoxydable reacutefractaire) elle va absorber une partie de lachaleur de reacuteaction et la restituer par rayonnement au foyer La tempeacuterature

de combustion sen trouve abaisseacutee sous 1 200 degC ce qui reacuteduit fortement laproduction doxydes dazote (NOx lt 15 mgkWh)

Exemple

Une application de cette technologie est le brucircleur heacutemispheacuteriqueradiant Il est composeacute dune grille en forme de demi sphegravere Lagrille est en acier inoxydable speacutecial reacutefractaire Elle rougeoie et recegravede sa chaleur par rayonnement

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet

Page 36: Le brûleur fuel

582018 Le brucircleur fuel - slidepdfcom

httpslidepdfcomreaderfullle-bruleur-fuel 3636

Brucircleur heacutemispheacuterique radiant (existe aussi en version plane) le meacutelangeair-gaz reacutepartit sur la surface de combustion avec une vitesse tregraves faible

puisque cette surface est nettement plus importante que pour les brucircleurs

atmospheacuteriques traditionnels Le meacutelange brucircle alors directement

pratiquement sans flamme visible et cegravede une partie de sa chaleur directement agrave leacuteleacutement reacutefractaire

Notons que ces brucircleurs existent aussi avec un ventilateur qui assurelalimentation en air ce qui pourrait les classer dans la cateacutegorie des brucircleursagrave air pulseacute La preacutesence du ventilateur permet

bull dameacuteliorer le meacutelange airgazbull de vaincre les pertes de charge des brucircleurs et des foyers dontleacutechange est optimiseacute (notamment pour les chaudiegraveres agrave condensation)bull de moduler la puissance du brucircleur en faisant varier la vitesse duventilateur ou en freinant le meacutelange airgaz par un clapet