Un analyseur d'oxygène pour améliorer l'efficacité de la combustion des chaudières

Chaudière industrielle

Pourquoi l'utilisation d'un analyseur d'oxygène permet-elle d'améliorer l'efficacité de la combustion dans les chaudières ?

De nombreuses industries utilisent des chaudières et des fours pour réaliser le processus fondamental d'utilisation des flammes à des fins pour les besoins de chauffage. Pour que ce type d'équipement fonctionne efficacement, un équilibre précis entre l'oxygène et le combustible est nécessaire pour permettre une combustion complète.

Dans ce blog, nous expliquons le rôle que jouent les analyseurs d'oxygène dans le cadre d'un système de régulation de l'O2 qui aide à maintenir cet équilibre entre l'oxygène et le combustible et, par conséquent, une combustion efficace.  

Contrôle de la combustion

Plusieurs conditions peuvent affecter le rapport air/combustible dans un processus de combustion, notamment les changements atmosphériques (par exemple, les changements de pression et de température de l'air), ainsi que la composition et la qualité du combustible. Pour réduire les risques potentiels dans le processus de combustion, les ingénieurs conçoivent généralement leurs chaudières de manière à ce qu’elles utilisent un excès d'air dans le processus de combustion. Cela permet de réduire les risques de sécurité dans des conditions d'exploitation variables. Cependant, bien qu'elle crée une marge de sécurité, cette approche réduit l'efficacité et augmente la quantité de combustible utilisée dans le processus de combustion.

Si le mélange air/combustible ne contient pas suffisamment d'oxygène (riche en combustible), une combustion incomplète peut se produire, entraînant la formation de monoxyde de carbone, l’encrassement et même l’explosion n si la suie accumulée et d'autres composants non brûlés reçoivent soudainement suffisamment d'oxygène pour brûler rapidement. S'il y a trop d'O2/air dans le mélange (pauvre en combustible), le rendement est réduit en raison de l'énergie supplémentaire gaspillée pour chauffer le volume d'air inutile.

Le contrôle de la combustion repose sur trois éléments principaux : 1. La sécurité du personnel et de l'équipement 2. Réduction des coûts de combustible (efficacité) 3. Réglementation en matière de contrôle des émissions

Comment faire en sorte qu'une chaudière fonctionne le plus efficacement possible ?

Utiliser un système de régulation de l'oxygène. Un système de régulation de l'O2 est conçu pour mesurer en continu l'oxygène dans les gaz de combustion et envoie la mesure de l’oxygène la valeur mesurée à un contrôleur qui maintient un rapport air/combustible optimal dans la zone de combustion de la chaudière.

Un analyseur d'oxygène (faisant partie d'un système de régulation O2):

  • Amélioration de la sécurité - la mesure de l'O2 dans les applications de combustion réduit le risque d'explosion, évitant des pertes humaines ou des dommages importants d'équipements. Bien qu'il soit difficile de mesurer avec précision les coûts financiers, les dommages matériels dus aux explosions de chaudières se chiffrent en millions de dollars chaque année. Et la perte humaine n'est jamais acceptable.
  • Améliore l'efficacité de la combustion (économies de combustible et retour sur investissement) - l'efficacité de la chaudière est affectée par la concentration d'air excédentaire dans les gaz de combustion. Par exemple, avec 5 % d'air en excès (1 % d'O2 en plus) dans le processus de combustion par rapport aux besoins nécessaires, le rendement diminue d'environ 0,5 %. S'il n'est pas ajusté, le gaz de combustion de la chaudière peut varier d'au moins 2 % d'oxygène par jour (en augmentant ou en diminuant en fonction de la température, de la densité de l'air et des changements de qualité du combustible tout au long de la journée). Cette variation de 2 % d'O2 correspond à une perte d’efficacité de la chaudière de 1 %. Un gain de rendement de 1 % sur une année peut se traduire par des économies considérables sur les coûts de combustible, en particulier avec l'augmentation des prix du gaz naturel au niveau mondial. Si une facture normale de combustible s'élève à 10 000 000 $ par an, une économie de 1 % sur le combustible équivaudrait à 100 000 $. L'ajout d'un analyseur d'O2 et d'un système de régulation ne coûterait qu'une part de cette somme et offrirait un retour sur investissement presque immédiat.
  • Réduction des coûts de maintenance - l'utilisation d'un système de régulation de l'O2 en temps réel permet de maintenir un mélange air/combustible adéquat dans le processus de combustion, ce qui réduit la quantité de suie accumulée dans la chambre de chauffe. Un bon réglage de l'O2 permet également de réduire le blocage des orifices d'admission et d'échappement, l'encrassement des brûleurs et les risques d'explosion dus aux combustibles non brûlés ou à l'accumulation de CO.
  • Réduction des émissions - Lorsque les chaudières atteignent une certaine taille, chaque application est soumise à des restrictions en matière d'émissions et de conformité. Un système approprié de compensation de l'O2 sur ces appareils de combustion réduit la quantité de sous-produits des gaz d'échappement qu'ils produisent (généralement CO2, CO, NOx, Sox) et les maintient à des niveaux acceptables. Le non-respect des niveaux d'émissions prescrits peut entraîner des amendes, des décrets de consentement, voire des arrêts de production.
  • Analyseurs d'oxygène pour le contrôle de la combustion

    Il existe plusieurs types d'analyseurs d'oxygène utilisés dans le contrôle de la combustion, du TDL (laser à diode accordable) à la zircone et à l'oxyde métallique. De nombreux facteurs peuvent influencer le type d'analyseur d'O2/système de régulation qu'un client achète. Il s'agit notamment des facteurs suivants:

    1. Taille de la chaudière et efficacité énergétique. Les grandes chaudières industrielles et commerciales consomment d'énormes quantités de combustible (gaz naturel, pétrole, charbon, biogaz) et voudront toujours que leur système de combustion soit réglé pour une efficacité maximale tout en faisant des économies de combustible.

    2. Température. Les chaudières à accumulation fonctionnent généralement à des températures inférieures à 400 degrés Celsius (752 degrés Fahrenheit). Les appareils de chauffage peuvent fonctionner à des températures allant jusqu'à 1400 degrés Celsius (2552 degrés Fahrenheit).

    3. Classification par zone. Les chaudières qui fonctionnent dans des environnements classés zone dangereuse doivent être équipées d'un analyseur de combustion classé zone dangereuse.

    4. Le coût. Il s'agit toujours d'un facteur important, mais même une grande entreprise de chaudières recherchera la valeur ajoutée d'un analyseur d'O2/système de régulation.

    5. Emplacement de l'installation. L'installation d'une longue sonde dans le conduit de fumée ou d'un petit capteur OEM dans le contrôleur la boîte de contrôle pour brûleur permet une installation flexible dans de nombreux types de systèmes.


    Les types de chaudières et leur coût ont une incidence sur la technologie que les clients achèteront pour un système de mesure/contrôle de l'O2. Après les préoccupations en matière de sécurité, les économies de combustible et le retour sur investissement sont souvent les principales motivations de l'achat pour passer à l’achat.


    Résumé

    Un analyseur d'oxygène est un outil essentiel pour améliorer l'efficacité de la combustion dans les chaudières. Il permet aux opérateurs de contrôler la quantité d'oxygène dans le processus de combustion et de disposer de données en temps réel pour ajuster et optimiser les conditions de combustion.

    Un analyseur d'oxygène mesure la quantité d'oxygène dans les gaz de combustion avec des émis par le processus de combustion et la compare à la quantité théorique d'oxygène nécessaire pour une combustion complète.

    Grâce à des données précises, les opérateurs des usines peuvent ajuster le rapport air/combustible afin d'obtenir une efficacité de combustion optimale. Un excès d'oxygène dans le processus de combustion peut entraîner une combustion incomplète et une augmentation des émissions, tandis qu'un manque d'oxygène peut provoquer des émissions de monoxyde de carbone (CO) et d'autres risques pour la sécurité. En contrôlant en permanence les niveaux d'oxygène et en ajustant le rapport air/combustible en fonction des besoins, les opérateurs de des usines peuvent maintenir un processus de combustion sûr et efficace.




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