CHAUFFAGE CENTRAL
MODULE 5. 3C TECHNOL OGIE DE BRÛLEUR LES BRÛLEURS À MA ZOUT LE CONTRÔLE ET L’ ENTRETIEN DE COMBUSTION
Constructiv, Bruxelles, 2014
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D/2014/12.388/08
171212
Chris De Deyne Inge De Saedeleir Gustaaf Flamant René Onkelinx Jacques Rouseu Textes: Chris De Deyne VDAB
CEDICOL
Dessins: Thomas De Jongh CEDICOL
Avec l’aide de: CEDICOL VDAB Contact
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Constructiv
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AVANT-PROPOS
Contexte
Le secteur de la construction, pilier de notre économie, est confronté constamment a un grand nombre de défis. Parmi ceux-ci, le secteur veille à assurer la formation continue de la main-d’œuvre en activité dans la construction.
Pour renforcer la réserve de main-d’œuvre qualifiée, Constructiv porte une attention particulière à
l’enseignement et à la formation des jeunes qui choisissent une formation dans le domaine de la construction.
La formation tout au long de la carrière professionnelle demeure une nécessite car les techniques et les matériaux évoluent de manière significative; une plus grande attention sera accordée aux dispositions relatives à la sécurité et aux exigences liées à la « Construction durable ».
Par conséquent, Constructiv, avec le soutien des organisations professionnelles, charge des équipes de rédaction de manuels modulaires de formation. Ces manuels peuvent être complémentaires aux publications du CSTC. Les équipes de rédaction peuvent varier selon le sujet. Les experts sont généralement identifiés auprès des opérateurs de formation et de l’enseignement, des professionnels du secteur en activité ou encore auprès des fabricants, pour être le plus proche possible de la réalité actuelle du milieu professionnel.
Les manuels de Constructiv
Les manuels modulaires ont été développés par Constructiv et ses partenaires comme supports de cours à adapter selon les types de formation et selon les groupes cibles. Les supports didactiques et du contenu supplémentaire sont également disponibles en format téléchargeable sur notre bibliothèque digitale www.buildingyourlearning.be
Robert Vertenueil, Président
RÉSUMÉ
Ce manuel décrit le contrôle de combustion et les mesures correspondantes, le montage et la mise en marche d’un brûleur à mazout ainsi que le réglage et l’entretien du brûleur à mazout.
Dans les premiers chapitres, les divers appareils de mesure pour le contrôle de la combustion sont expliqués alors que le troisième chapitre explique la mise en marche du brûleur à mazout. Le réglage des brûleurs à ma- zout, la mise en service et l’entretien sont largement abordés dans les chapitres 4 et 5 alors que la résolution de problèmes est abordée au chapitre 6. Comme le rendement d’un brûleur à mazout est important, vous trouve- rez au chapitre 7 la différence entre les différents types de rendement.
Les manuels suivants sont édités dans cette série:
• Brûleurs à mazout: le mazout: caractéristiques et stockage
• Brûleurs à mazout: fonctionnement et éléments
• Brûleurs à mazout: contrôle de la combustion et entretien
CONTENU
1 CONTRÔLE DE LA COMBUSTION
. . . . 92 MESURAGES
. . . .112.1 Le coffret de contrôle de combustion traditionnel . . . .11
2.1.1 Le mesurage du tirage de la cheminée . . . . .11
2.1.2 La détermination de la pression dans chambre de combustion . . . .13
2.1.3 Le mesurage du tirage de la cheminée . . . . .13
2.1.4 Le mesurage de la teneur en CO2. . . .15
2.1.5 Le mesurage de la température des gaz de combustion . . . .16
2.2 Les analyseurs de combustion électronique17 2.2.1 Fonctionnement d’un opacimètre électronique . . . .19
2.2.2 Mesurage électronique . . . .20
2.2.3 Où mesurer? . . . .24
2.3 Procédure de mesurage . . . .24
2.3.1 Détermination de l’indice de suie . . . .24
2.3.2 Détermination de la température de l’air comburant . . . .26
2.3.3 Détermination de la perte de rendement . .26
2.3.4 Détermination du tirage de la cheminée . . .27
2.3.5 Mise au point de l’installation de combustion . . . .27
2.3.6 Options . . . .29
2.3.7 Entretien et utilisation des appareils de mesure . . . .29
3 DÉMARRAGE DES BRÛLEURS À MAZOUT
. . . .333.1 Le choix du brûleur en fonction du générateur . . . .33
3.2 Le démarrage d’un brûleur mazout . . . .39
3.2.1 Montage d’un brûleur mazout . . . .39
5.3 Nettoyage de la chaudière . . . .50
5.4 Nettoyage du brûleur et contrôle des éléments . . . .51
5.5 Contrôle de combustion . . . .54
6 ÉLIMINATION DES PANNES
. . . .556.1 Liste d’outils . . . .56
6.2 Influence de la température sur les combustib- les liquides et le fonctionnement du brûleur56 6.3 Pannes des brûleurs à mazout . . . .57
7 RENDEMENT
. . . .637.1 Déperditions de chaleur . . . .63
7.1.1 La perte par les fumées . . . .63
7.1.2 La perte par l’ambiance . . . .64
7.2 Rendement de combustion et pertes par la cheminée . . . .65
7.3 Le rendement saisonnier global d’une installation de chauffage central . . . .69
7.3.1 Le rendement saisonnier de la production, ou rendement de la chaudière ou rendement nominal dans l’eau (ŋsk). . . .70
7.3.2 Le rendement saisonnier de la distribution (ŋsd) ...71
7.3.3 Le rendement saisonnier de la régulation (ŋsr) . . . .71
7.3.4 Le rendement saisonnier de l’émission de chaleur des corps de chauffe (ŋse) . . . .72
7.3.5 Calcul du rendement saisonnier de la production, ou de la chaudière ou rendement nominal dans l’eau (ŋsk). . . .72
7.3.6 Calcul du rendement saisonnier d’une instal- lation de chauffage central (ŋs) . . . . 73
8 AMIANTE
. . . .758.1 Un matériau dangereux . . . .75
8.2 Applications d’amiante . . . .75
APERÇU DES SYMBOLES ET UNITÉS UTILISÉS
symboles description
λ facteur d’air: rapport entre la quantité pratique et la quantité théorique d’air comburant.
λ %CO2 max. théorique
%CO2 mesuré
O2 (gaz) oxygène
N (gaz) azote
CO (gaz) monoxyde de carbone
CO2 (gaz) dioxyde de carbone
SO2 (gaz) dioxyde de soufre
NOx (gaz) monoxyde d’azote
NO2 (gaz) dioxyde d’azote
ppm parts per million; parties par million
mg/Nm³ milligrammes par mètre cube normal ( 0°C en 1013,25 hPa = 1013,25 mbar)
mg/kWh milligrammes par kilowattheure
ŋ rendement
ŋs rendement saisonnier global;
ŋsk rendement saisonnier de la production, de la chaudière ou rendement utile dans l’eau;
ŋsd rendement saisonnier de la distribution (canalisations);
ŋsr rendement saisonnier du régime;
ŋse rendement saisonnier des corps de chauffe;
ŋwk rendement côté eau de la chaudière;
tk cycle de la chaudière pendant la saison de chauffe, en heures (5.160 ou 8.760 heures):
5.160 heures: sans production d’eau chaude sanitaire (215 jours) 8.760 heures: avec production d’eau chaude sanitaire (365 jours)
f degré de fonctionnement du brûleur (degré de sollicitation) pendant la saison de chauffe, en heures;
q pertes d’entretien ou d’arrêt;
1 Pa = 0,01 mbar = 0,102 mm H2O (mm de colonne d’eau) 1 hPa = 1 mbar = 10 mm H2O (mm de colonne d’eau)
1 mm H2O = 10 Pascal 1 mbar = 10,2 mm H2O
Nous disposons de différents appareils de mesure pour analyser les gaz de combustion. Nous en distinguons deux groupes:
• le coffret de contrôle de combustion traditionnel;
• les analyseurs de combustion électroniques.
Lorsque les mesures des gaz de combustion sont destinées à remplir des attestations officielles de combustion, la législation actuelle nous impose d’utiliser des appareils de mesure qui répondent à certaines ex igences minimales. Une combustion cor recte dépend de plusieurs facteurs qu’il est obligatoire de mesurer pour satisfaire aux exigences:
• l’indice de fumée;
• la teneur en CO2;
• la température des gaz de combustion;
• le tirage de la cheminée;
• la dépression dans la chambre de combustion;
• la teneur en CO;
• la teneur en O2;
• ainsi que tous les paramètres nécessaires pour remplir l’attesta- tion de combustion ou l’attestation de nettoyage.
1 CONTRÔLE DE LA COMBUSTION
2.1.1 Le mesurage du tirage de la cheminée
Manomètre à tube incliné Une des conditions d’une combustion correcte et économique est que le réglage soit effectué de manière à obtenir un tirage aussi constant que possible de la cheminée, car ce tirage a un effet direct sur le mélange comburant.
Le tirage requis est mentionné dans les normes et la législation en vigueur.
2.1 Le coffret de contrôle de combustion traditionnel
2 MESURAGES
Le coffret de contrôle de combustion traditionnel
Manomètre à tube incliné
VDAB
Le tableau ci-dessous reprend les valeurs normales pour le ti- rage de la cheminée à une puissance donnée de la chaudière en fonctionnement:
La dépression qui règne dans la cheminée (le tirage) assure l’évacua- tion des gaz de combustion vers l’air extérieur.
La dépression se mesure à l’aide d’un vacuomètre. On la lit en milli- mètres de colonne d’eau (mm H2O) , millibar (mbar) ou Pascal (Pa).
Attention: la valeur indiquée sur les attestations de combustion et/
ou les attestations de nettoyage doit correspondre à l’unité indiquée (conversion éventuellement nécessaire).
Une fois que l’installation a atteint sa température de service, le vacuo- mètre est placé sur une base horizontale (plane) stable et réglé précisé- ment sur le zéro. Ensuite, le tube est introduit à la perpendiculaire dans le conduit de fumées à la sortie de la chaudière (voir figure).
Mise en place de la sonde
déprimomètre électronique
Les déprimomètres existent aussi en version électronique avec affichage numérique; la dépression s’affiche à l’écran immédiatement après mise à zéro (automatique ou manuelle par une seule pression sur la touche) du manomètre différentiel électronique. Ici aussi, il est important de veiller à la position correcte de la sonde.
Puissance chaudière
en kW Tirage cheminée
en Pa Tirage cheminée en hPa ou mbar Jusqu’à 35 kW - 10 à +15 Pa - 0,1 à + 0,15 mbar
35 – 100 kW - 15 à + 20 Pa - 0,15 à + 0,20 mbar 100 – 400 kW - 20 à + 30 Pa - 0,20 à + 0,30 mbar
Manomètre différentiel Testo 510
Manomètre différentiel Euro-index S2401
Euro-index
mauvais
bon
Thomas De Jongh
2.1.2 La détermination de la pression dans chambre de combustion
La pression qui règne dans la chambre de combustion est détermi- née à l’aide du même manomètre différentiel manuel ou électro- nique que ci-dessus. La pression de la chambre de combustion est mesurée au-dessus de la tête de flamme. Tout comme pour le tirage de la cheminée, les valeurs doivent être mesurées quand le brûleur fonctionne.
La pression mesurée est la hausse de pression provoquée par le débit des gaz de combustion et la pression statique refoulée par la chau- dière via le brûleur (résistance de la chaudière).
Les chaudières qui exercent une grande résistance sur le débit des gaz de combustion sont des chaudières haute pression (chaudières modernes), notamment une évolution de la pression dans l’installa- tion avec la chambre de combustion en surpression:
Tirage de la cheminée = -15 Pa (dépression)
Pression dans la chambre de combustion = +35 Pa
∆P = +35 Pa –(-15 Pa) = + 50 Pa (résistance de la chaudière) Les chaudières qui exercent peu ou pas de résistance (de 0 Pa à ± 8 Pa) sur le débit des gaz de combustion sont appelées ‘chaudières basse pression’ (anciennes chaudières), p.ex. une évolution de la pression dans l’installation avec la chambre de combustion en dépression:
Tirage de la cheminée = -10 Pa
Dépression dans la chambre de combustion = -8 Pa ∆P = -8 Pa –(-10 Pa) = +2 Pa (résistance de la chaudière)
2.1.3 Le mesurage du tirage de la cheminée
L’indice de fumée donne une idée rapide de la qualité de la com- bustion. Il s’agit en fait d’un mesurage de la quantité de particules imbrûlées qui se trouvent sous forme solide dans le gaz de combus- tion. Pour le mazout, l’indice de fumée ne peut pas être supérieur à la valeur prescrite dans la législation régionale quand nous le confron- tons à l’échelle de comparaison. Une valeur plus élevée augmenterait le risque de formation supplémentaire de suie et donc le transfert de chaleur, et ferait obstacle au fonctionnement normal. Une petite couche de suie de quelques millimètres d’épaisseur dans l’échangeur de chaleur fait augmenter la température des gaz de combustion et, Testeur de fumée
Euro-index
La procédure de mesure
Pour effectuer cette mesure, nous utilisons un testeur de fumée pour aspirer un volume donné de gaz de combustion à travers un papier filtre. En comparant le noircissement du papier à une échelle (échelle de Bacharach), nous obtenons l’indice de fumée (sur une échelle de 0 à 9).
mode d’emploi
Avant d’utiliser le testeur de fumée, il y a lieu d’en contrôler l’étan- chéité. Il suffit de serrer l’écrou de fixation du papier filtre, de boucher l’extrémité du conduit d’aspiration avec la main, de mettre la pompe en marche et d’extraire une longueur de course. Lorsqu’on relâche le piston, il doit retourner à sa position de départ. Après ce contrôle, le testeur de fumée est prêt à l’emploi.
On introduit l’extrémité de la broche dans le conduit de fumées et l’on serre l’écrou de fixation. La pompe est mise en marche quelques fois pour préchauffer (et éliminer une condensation éventuelle). Le papier filtre est placé à l’endroit prévu à cet effet et l’écrou de fixa- tion est à nouveau serré. Ensuite, on donne exactement 10 coups de pompe complets pour aspirer le bon volume de gaz de combustion à travers le papier filtre. Enfin, ce papier filtre est retiré et la tache noircie est comparée aux 10 indices de référence de l’échelle de Bacharach.
Échelle de comparaison (échelle de Bacharach)
N’enfoncez pas l’embout trop profondément dans le conduit de fumées, car l’extrémité du tube métallique risquerait de toucher le bas du conduit de fumées et d’aspirer la suie collée sur la paroi. Si cela se produit quand même, il faudra démonter entièrement la pompe et la nettoyer. Une fois que la pompe est remontée, il faut lubrifier le piston et le cylindre avec l’huile fournie par le fabricant afin que le testeur de fumées puisse fonctionner en souplesse.
Attention
2.1.4 Le mesurage de la teneur en CO
2La procédure de mesure
Pour mesurer la teneur en dioxyde de carbone (CO2) nous prélevons un échantillon des gaz de combustion à leur sortie du générateur.
La méthode décrite ci-dessous est obsolète, car il ne peut pas être lue avec précision.
Un volume déterminé de ces gaz est mélangé intimement avec un réactif. Ce réactif est une solution d’eau distillée et d’hydroxyde de potassium (KOH) (40% de poids). A température ambiante, la solution peut absorber une quantité déterminée de CO2 40 fois plus grande que son propre volume. Il se forme alors du carbonate de potassium (KCO3).
La solution absorbe aussi le dioxyde d’azote (SO2). Comme la quantité d’azote est extrêmement petite, le SO2 et le CO2 sont assimilés dans les résultats. D’un point de vue pratique, cela ne change rien à la précision de la mesure.
Lorsque le KOH absorbe le CO2 (sans modification du volume de KOH), un certain vide se crée au-dessus du réactif. Comme la partie inférieure de l’appareil de mesure se compose d’une membrane souple soumise à la pression atmosphérique, l’espace vide qui s’est créé au-dessus du réactif déforme la membrane de telle sorte que le liquide monte dans la colonne centrale de l’appareil de mesure. On peut lire la teneur en CO2 à l’endroit où le niveau s’est stabilisé.
Analyseur de CO2
Le gaz de combustion est pompé dans la partie supérieure de
l’appareil.
L’appareil est refermé et le gaz de combus- tion peut se mélanger
au réactif.
Le CO2 est absorbé et la membrane comprime le liquide qui monte dans le tube
gradué sur lequel l’on
2.1.5 Le mesurage de la température des gaz de combustion
La température des gaz de combustion donne une idée claire de la chaleur produite dans le foyer. Combinée à la teneur en CO2, la température des gaz de combustion détermine en fin de compte les pertes à la cheminée. La température des gaz de combustion doit, elle aussi, être mesurée immédiatement derrière la chaudière, au milieu du conduit de fumées. En tout cas, le thermomètre doit être enfoncé d’au moins 60 mm dans le conduit de fumées. La tempé- rature de l’eau de chaudière doit être réglée sur la température de service. (Si la température de l’eau de chaudière est plus élevée, la température des gaz de combustion sera également plus élevée.) La température des gaz de combustion se mesure en introduisant un thermomètre dans le conduit de fumées. Pour calculer les pertes, ce n’est pas la température absolue des gaz de combustion qui est prise en considération mais bien la hausse de la température par rapport à celle de l’air comburant (en pratique: température mesurée - tempé- rature de l’air ambiant).
Les thermomètres bilames ne sont plus utilisés, car ils ne permettent pas d’effectuer des mesures exactes, sans compter que leur temps de réponse est très long (5 minutes). L’époque des températures élevées dans les gaz de combustion est elle aussi révolue. On place de plus en plus des chaudières à haut rendement et des chaudières à condensation, ce qui implique une température plus basse de la cheminée et un rendement plus élevé. De ce fait, nous nous trouvons plus souvent à proximité et même en-dessous du point de rosée acide et il est, par conséquent, recommandé d’utiliser des thermo- mètres électroniques car ces derniers sont rapides et précis.
Mesurage de la température des gaz de combustion à l’aide d’un thermomètre électronique
Thermomètre bilame
Euro-index
La seule possibilité de mesurer tous les paramètres à contrôler selon la législation actuelle, plus stricte qu’auparavant, consiste à utiliser des analyseurs électroniques. Les mêmes analyseurs peuvent être utilisés dans les trois Régions, mais, en y regardant de plus près, nous pouvons distinguer de petites différences dans la législation.
La Flandre a défini ses propres exigences dans la législation et y définit clairement les paramètres à mesurer, les tolérances et l’erreur absolue possible.
La Wallonie a adopté les normes européennes et exige que tous les appareils utilisés répondent à la norme EN 50379-1, qui reprend les exigences générales relatives aux appareils de mesure. Cette norme contient aussi un tableau des tolérances:
2.2 Les analyseurs de combustion électroniques
Paramètre Appareil Résolution Erreur
absolue Indice de fumée Opacimètre (pompe à suie étanche avec papier filtre et
échelle de référence) 1
Oxygène (O2) Analyseur d’oxygène 0,1% ± 0,3%
Dioxyde de carbone ( CO2) Analyseur de dioxyde de carbone 0,1% ± 0,3%
Monoxyde de carbone (CO) Analyseur de monoxyde de carbone 1 ppm ± 20 ppm
Température Thermomètre 1°C ± 3°C
Dépression (ou surpression) /
tirage Déprimomètre 1 Pa ± 2 Pa
Paramètre Champ de
mesure Unité Tolérance Valeur de
mesure min. Temps de réponse
CO (bas) 0 – 200 ppm 1 ppm ± 10 ppm ou 10% rel. 10 ppm 90 sec
CO (moyen) 0 – 2.000 ppm 1 ppm ± 20 ppm ou 5% rel. 20 ppm 90 sec
CO (haut) 0 – 20.000 ppm 10 ppm ± 100 ppm ou 10% rel. 100 ppm 90 sec
NO 0 – 600 ppm 1 ppm ± 5 ppm ou 5% rel. 5 ppm 90 sec
SO2 0 – 500 ppm 1 ppm ± 10 ppm ou 5% rel. 10 ppm 180 sec
O2 0 – 21% VIV 0,1% ± 0,3% VIV 0,3% VIV 50 sec
CO2 0 – 20% VIV 0,1% ± 0,2% VIV 0,2% VIV 50 sec
Au vu de ces tableaux, nous pouvons conclure que les exigences relatives aux appareils de mesure sont plus strictes et plus claires en Wallonie qu’en Flandre. Du point de vue pratique, nous pouvons partir du principe que tous les appareils vendus en Belgique par les canaux de vente normaux sont conformes aux exigences du législa- teur. Pour toute sécurité, nous pouvons toujours exiger une déclara- tion de conformité où le fabricant déclare que l’appareil est conforme à la norme EN 50379-1.
De nos jours, il existe différents appareils qui vont des appareils simples (à usage domestique, qui peuvent mesurer tous les para- mètres indispensables) aux appareils équipés de plusieurs cellules de mesure et qui ont des usages beaucoup plus étendus que les pa- ramètres obligatoires lors de l’entretien des installations de chauffage.
Euro-index euroλyzer-ST
Ecom EN2
Testo 330
Euro-indexTesto
2.2.1 Fonctionnement d’un opacimètre électronique
La construction des analyseurs de combustion portables accorde énormément d’attention au développement des lignes de gaz. S’il y avait des fuites, les résultats des mesures seraient erronés. C’est pourquoi les raccords des lignes de gaz doivent être absolument étanches. Il y a lieu d’éviter les endroits où il y aura dépôt de conden- sation car la condensation abîme les cellules de mesure. Les ana- lyseurs de combustion modernes sont équipés d’un séparateur de condensation indépendant de la position, qui recueille le dépôt de condensation et protège ainsi l’appareil. L’illustration ci-dessous pré- sente un schéma simplifié de l’ordre des lignes de gaz.
Les gaz de combustion sont aspirés par la sonde via la pompe P et sont amenés vers le séparateur de condensation. La température des gaz de combustion est mesurée via le thermo-élément intégré dans la pointe de la sonde. Le séparateur de condensation et le filtre intégré condensent les gaz de combustion et retiennent le plus pos- sible de particules de poussière et de suie. Le gaz aspiré est amené par la pompe P et comprimé via un tube capillaire (rétrécissement de la ligne de gaz) dans une chambre primaire où les impulsions de pression générées par la pompe à membrane sont atténuées. Le gaz arrive ensuite dans les cellules de mesure ou, selon le modèle, les concentrations d’O2, CO, SO2 et NO sont mesurées.
Thomas De Jongh
Schema de principe de la constitution d’un appareil de mesure électronique
2.2.2 Mesurage électronique
Les analyseurs de combustion électroniques permettent de mesurer les grandeurs suivantes: température (température ambiante et tem- pérature des gaz de combustion), dépression de la cheminée, pres- sion dans le foyer, teneur en oxygène (O2), teneur en monoxyde de carbone (CO), les dioxydes d’azote (NOx), le dioxyde de carbone (CO2), ), l’excès d’air (λ) et le rendement de combustion (ŋ). Tous ces para- mètres sont calculés automatiquement dans l’appareil de mesure.
température de combustion
La température de l’air comburant se mesure à l’aide d’un capteur de température directement relié à l’appareil de mesure. Cette tempéra- ture est mesurée à l’entrée d’air du brûleur.
teneur en o2 (teneur en oxygène)
Le capteur d’oxygène est un capteur à deux électrodes. Son fonction- nement est expliqué à l’aide de l’illustration.
Les particules d’oxygène traversent la membrane perméable au gaz et arrivent dans la cathode du capteur. Du fait de la composition matérielle de la cathode, il se produit une réaction chimique au cours de laquelle des ions OH se forment (ions = particules chargées électriquement). Ces ions OH traversent le liquide électrolytique et parviennent à l’anode du capteur.
Le transport d’ions de l’anode vers la cathode génère entre ces deux électrodes un flux d’électrons proportionnel à la concentration en O2. Plus la concentration en oxygène est élevée et plus il y a d’ions (OH) transportés de l’anode vers la cathode et plus le flux d’électrons est important. Cela provoque une augmentation de courant. Ce courant est un signal de mesure qui sera utilisé pour le traitement électronique.
La résistance intégrée à coefficient de température négatif (NTC) compense les effets de la température pour la stabilité de la tempéra- ture du capteur. La durée de vie du capteur d’oxygène est d’environ 3 ans (il existe aussi des versions dont la durée de vie est de 6 ans).
Réactions:
• Cathode: O2 + 2H2O + 4e- 4OH
• Anode: 2Pb + 4OH 2PbO + 2H2O + 4e
• Bilan: 2Pb + O2 2PbO Représentation schématique d’un capteur
électrochimique d’oxygène
Les capteurs électrochimiques
TestoEuro-Iindex
teneur en Co2 (dioxyde de carbone)
Le dioxyde de carbone (CO2) est un gaz incolore et inodore au goût légèrement acide. Le dioxyde de carbone est transformé en oxygène (O2) sous l’effet de la lumière solaire et de la chlorophylle (pigment végétal). Cet oxygène est inspiré par les humains et les animaux et se retrouve à nouveau converti en dioxyde de carbone. Il s’établit ainsi un équilibre qui est toutefois perturbé par les gaz de combustion.
La concentration maximale autorisée sur les lieux de travail est de 5.000 ppm. Les concentrations supérieures à 15 pour-cent de volume (15.000 ppm) entraînent une perte de conscience.
Le rendement de combustion peut être déterminé à partir de la te- neur en dioxyde de carbone dans les gaz de combustion. Quand un petit excès d’oxygène (combustion complète) produit une concen- tration maximale en CO2, la perte de rendement de la combustion est au plus bas. Chaque combustible peut atteindre une teneur en CO2 maximale différente (CO2 max).
La teneur en CO2 est calculée automatiquement dans l’appareil de mesure sur base de la valeur d’oxygène mesurée et de la valeur maximale en CO2 spécifique au combustible (valeur fixe). La teneur maximale en CO2 pour le mazout, p.ex., est de 15,2%.
La teneur en dioxyde de carbone se calcule à l’aide de la formule suivante:
CO2 = CO2max × (21−O2) 21
teneur en Co (monoxyde de carbone)
Le monoxyde de carbone est un gaz incolore, inodore, insipide et très toxique (CO) qui est produit par une combustion incomplète. A forte concentration, le gaz empêche l’absorption d’oxygène dans le sang. 700 ppm de CO dans un local peuvent déjà provoquer, après 3 heures, la mort d’une personne qui respirerait cet air. La concentra- tion maximale autorisée sur les lieux de travail est de 50 ppm.
Un capteur à trois électrodes est utilisé pour déterminer les concentra- tions en gaz toxiques (CO, NO). Le fonctionnement de ces cellules de mesure est expliqué à l’aide du capteur de monoxyde de carbone.
Fonctionnement d’un capteur à trois électrodes: Les molécules de monoxyde de carbone traversent la membrane perméable au gaz dans l’électrode de service du capteur à trois électrodes. Il s’y produit une réaction chimique qui provoque la formation d’ions H+ (particules Représentation schématique d’un capteur
électrochimique d’oxygène
Testo
L’électrode de référence (troisième électrode) sert à stabiliser le signal du capteur. La durée de vie de ce capteur est de 2 à 3 ans, selon son utilisation (il existe aussi des versions dont la durée de vie est de 6 ans).
Réactions:
• Anode : CO + H2O CO2 + 2H+ +2e
• Cathode : O2 + 4H+ + 4e 2H2O
mesurage des nox (oxydes d’azote)
A haute température (pendant la combustion), l’azote (N2) présent dans le combustible et l’air ambiant se lie à l’oxygène (O2) pour former l’oxyde d’azote (NO). Après un certain temps, ce gaz incolore s’oxyde en se liant à l’oxygène (O2) pour former du dioxyde d’azote (NO2) qui est soluble dans l’eau et toxique pour les poumons. L’inhala- tion de ce gaz peut endommager gravement les poumons.
Le principe de fonctionnement de la cellule de mesure du NO est très comparable à celui de la cellule de mesure du CO.
Dans le cadre de la protection de l’environnement, on s’efforce de plus en plus de mesurer les quantités d’oxydes d’azote(NOx). Le me- surage des NOx n’est pas obligatoire lors des mesures sur les installa- tions de chauffage domestiques
excès d’air (calculé)
L’oxygène nécessaire à la combustion est fourni via l’air comburant.
Pour obtenir une combustion complète, il faut en ajouter plus que la quantité d’air théoriquement exigée pour la combustion stœchiomé- trique. Le rapport entre la quantité pratique et la quantité théorique d’air comburant s’appelle le facteur d’air λ.
Il se calcule à l’aide de la formule suivante:
λ = %CO2 max %CO2 mesuré
rendement de combustion (calculé)
La sonde de mesure des gaz de combustion est introduite dans le conduit de fumées par l’ouverture de mesure. Pour effectuer une me- sure permanente de la température, on recherche, au cœur du flux de gaz de combustion, le point où la température est la plus haute.
Ensuite, la sonde peut être fixée de manière mécanique à l’aide d’un cône. Le gaz de combustion est aspiré par une pompe à membrane via la sonde et amené vers l’appareil de mesure. Les valeurs mesurées (température ambiante, température du gaz de combustion, O2 of CO2) sont utilisées pour calculer le rendement. Ce calcul s’effectue automatiquement dans l’appareil de mesure. Pour le calcul du rende- ment de combustion, on consultera le chapitre 2.6: ‘Rendement’.
mesurage du so2 (dioxyde de soufre)
Le dioxyde de soufre (SO2) présent dans le gaz de combustion est généré par la combustion de combustibles sulfurés tels que le mazout de chauffage, le charbon ou les combustibles mixtes. Le dioxyde de soufre (SO2) est facilement soluble dans l’eau. Il y a donc un danger que de l’acide sulfurique se forme au départ de la conden- sation quand la température de condensation est dépassée. Cet acide provoque la corrosion de la cheminée, ce qui nécessite donc une cheminée adéquate. Du fait que le dioxyde de soufre (SO2) est soluble dans l’eau, il y a lieu de mesurer la concentration en SO2 sur un gaz sec. Sinon, on ne tiendra pas compte du SO2 dissous dans la condensation et le résultat des mesures manquera de précision. C’est pourquoi, pour mesurer la teneur en dioxyde d’azote, il faut toujours utiliser une préparation gazeuse qui assèche le gaz de combustion en vue de la mesure proprement dite. C’est également le cas pour le NO2.
mesurage du no2 (dioxyde d’azote)
L’oxyde d’azote (NOx) exprime la somme du monoxyde d’azote (NO) et du dioxyde d’azote (NO2). En principe, la concentration en NO et la concentration en NO2 restent dans un rapport fixe (97% de NO, 3%
à 5% de NO2). dans les installations de chauffage). Mais ce rapport se modifie en cas d’utilisation de combustibles mixtes. Dans ce cas, il y a lieu de mesurer séparément les deux composants (NO et NO2) et de les compter ensemble sous forme de NOx.
NOx = NO + NO2
Clément peltier ou sécheur de gaz
Le principe du sécheur de gaz repose sur un élément Peltier. Il s’agit d’un semi-conducteur sur lequel on met un courant continu, de telle sorte qu’il s’échauffe d’un côté et refroidit de l’autre côté. La chaleur du côté chaud est évacuée par un petit ventilateur et le côté froid est monté dans la ligne d’échappement par où les gaz de combustion passent et se condensent. Étant donné la très grande rapidité de ce processus, le SO2 et le NO2 présents n’ont pas le temps de se dis- soudre dans l’eau de condensation.
Sécheur de gaz
Paul Adriaenssens
2.2.3 Où mesurer?
La chaudière doit se trouver en état de service normal. Cela veut dire que la chaudière se trouve à une température normale de service et que tous les capots ont été montés sur le brûleur. De plus, toutes les portes ou les ouvertures qui peuvent être fermées dans la chaufferie sont effectivement fermées. On peut ainsi constater s’il y a bien une amenée suffisante d’air comburant pour garantir un bon fonctionne- ment. Soyez évidemment attentif à la sécurité, quittez la chaufferie au moindre signe de formation de CO (mal de tête, nausée) et ouvrez toutes les portes et fenêtres.
L’endroit où se font les mesurages dépend du type de chaudière:
• Appareils de type B (air comburant puisé dans le local d’installa- tion): les gaz de combustion sont mesurés le plus près possible de la sortie de la chaudière (maximum 2 à 3 fois le diamètre), la température de l’air comburant étant mesurée à 1,5 m de haut (dans la chaufferie) à proximité du brûleur. Mesurez toujours avec le capot du brûleur en place.
• Appareils de type C (air comburant prélevé à l’extérieur du local d’installation): les gaz de combustion et l’air comburant sont me- surés dans les ouvertures de mesure prévues par le fabricant.
Avant de procéder à un entretien, nous commençons toujours par effectuer un mesurage des gaz de combustion (série de mesures initiales) afin d’éviter les discussions ultérieures sur le bon fonctionne- ment ou non de l’appareil de chauffage. Si le brûleur ne démarre pas lors de cette première série de mesures, nous pouvons le signaler au propriétaire et il ne pourra pas y avoir de discussion après l’entretien sur la question de savoir si l’appareil est ou non défectueux. Ce me- surage nous permet aussi de comparer la qualité de la combustion avant et après l’entretien.
2.3.1 Détermination de l’indice de suie
L’indice de suie est toujours le premier mesurage que nous effec- tuons sur une chaudière à mazout. Ce mesurage peut s’effectuer à l’aide d’une pompe à suie classique, mais on utilise de plus en plus la version électronique qui est disponible en modèle manuel ou incor- porée dans l’analyseur de gaz. L’avantage de la version électronique est sa vitesse et son résultat plus précis. Les valeurs peuvent aussi être envoyées immédiatement à l’analyseur de gaz.
Avant d’effectuer des mesurages à l’aide d’une pompe à suie électro- nique, nous consultons toujours le manuel de l’appareil. Avant tout mesurage, nous effectuons aussi un test d’étanchéité. En effet, un mesurage ne sera exact que s’il est réalisé correctement.
Pompe à suie électronique
Testo
2.3 Procédure de mesurage
La pompe à main reste une solution alternative valable. Avant de commencer le mesurage, il y a lieu de tester l’étanchéité de la pompe en bouchant hermétiquement avec le doigt l’extrémité de la sonde et en tirant le piston vers l’arrière. Si nous sentons une résistance et que la pompe se rétracte immédiatement, nous savons que tout le circuit est étanche. Un mesurage exact ne peut s’effectuer qu’avec une pompe qui fonctionne correctement.
Pour mesurer l’indice de suie, la pompe à suie, sur laquelle est fixé le papier filtre, est placée dans le conduit de fumées. Le gaz de com- bustion est aspiré par des mouvements réguliers de pompage (ouvrir entièrement la pompe 10 fois de suite). Enfin, le papier filtre est retiré et l’on contrôle la présence de dérivés pétroliers. Un papier filtre dont la couleur a été modifiée par des dérivés pétroliers (mazout imbrûlé) ne peut plus être utilisé pour déterminer l’indice de suie. Le noircisse- ment du papier filtre est comparé à l’échelle de Bacharach, et l’indice de suie est déterminé (l’échelle de Bacharach exprime l’indice de suie à l’aide d’un chiffre compris entre 0 et 9). Si le filtre a été humidifié par la condensation lors du mesurage, il y a lieu de répéter le mesurage.
L’indice de suie final peut être déterminé en prenant la moyenne arithmétique de trois mesures distinctes.
Nous commençons toujours par effectuer un mesurage manuel de la suie. Si ce mesurage donne un indice de suie trop élevé (supérieur à 3), nous n’utiliserons pas notre analyseur de fumées électronique, afin d’épargner les cellules de mesure. C’est uniquement si l’indice de suie est acceptable que l’on peut mesurer électroniquement. Si, après l’entretien, l’indice de suie n’est pas inférieur aux valeurs légales, il n’y a pas lieu de déterminer les autres paramètres, car on estime alors que la chaudière n’est pas en bon état de fonctionnement.
Conseil
Testo
2.3.2 Détermination de la température de l’air comburant
Pour déterminer correctement le rendement, nous devons détermi- ner la température exacte de l’air comburant. Si nous travaillons avec un appareil qui mesure la température de l’air comburant pendant le calibrage de l’appareil de mesure, nous devons veiller à ce que le ca- librage s’effectue dans la chaufferie, à proximité du brûleur, à environ 1,5 m de haut. Attention: une erreur de température cause une erreur dans le calcul du rendement; par conséquent, ne calibrez jamais avec une sonde de fumées chaude (cela donne un rendement supérieur à la réalité) et ne le faites jamais en-dehors de la chaufferie.
Si nous travaillons avec un appareil muni de deux capteurs de tem- pérature, l’un pour la température de l’air et l’autre pour la tempéra- ture des gaz de combustion, la température de l’air comburant est mesurée en permanence. Ici aussi, nous devons veiller à la justesse du mesurage (les mesurages effectués avec un appareil accroché au corps de la chaudière risquent de donner un rendement erroné si la température mesurée est trop élevée).
Un deuxième capteur de température est obligatoire pour mesurer les appareils de chauffage qui fonctionnent avec de l’air provenant de l’extérieur de la chaufferie (appareils de type C).
2.3.3 Détermination de la perte de rendement
La sonde de fumées est introduite dans le conduit de fumées par l’ouverture de mesure. Un mesurage de température en continu recherche le point le plus chaud au cœur du flux de gaz de combus- tion. La sonde de fumées peut être fixée par un procédé mécanique.
Le gaz de combustion est aspiré à travers la sonde de fumées à l’aide d’une pompe à membrane et est amené à l’appareil de mesure. La température des gaz de combustion et la concentration en dioxyde de carbone (CO2) ou en oxygène (O2) est mesurée en un seul point.
Ces valeurs (TA, TG, O2) sont ensuite utilisées pour calculer la perte de rendement (qR ou qA) dans l’appareil de mesure.
Une chute soudaine de la température des gaz de combustion peut avoir la cause suivante:
• Une goutte de condensation se trouve sur le thermo-élément (capteur de température) parce que la sonde de fumées est à l’horizontale.
Solution:
• Mesurez uniquement avec une sonde de fumées sèche.
• Tenez la sonde à la verticale.
Une perte de rendement trop élevée peut avoir les causes suivantes:
• une température de combustion erronée parce que le calibrage s’est fait avec une sonde de fumées trop froide;
• un réglage erroné du combustible.
Conseil
2.3.4 Détermination du tirage de la cheminée
1Pour déterminer le tirage nécessaire pour que la cheminée évacue le gaz de combustion de la chaudière, on introduit à nouveau la sonde de fumées dans l’ouverture du conduit de fumées. Après l’ajustage du point zéro du capteur de pression, le tirage (ou la pression) est me- suré pendant que la chaudière fonctionne. (Attention: la plupart des appareils nécessitent la mise à zéro du capteur de pression avant que la sonde soit introduite dans le conduit de fumées.) Pour mesurer la pression, on n’aspire pas de gaz de combustion.
2.3.5 Mise au point de l’installation de combustion
Après un entretien, il s’agit de régler le brûleur de manière à optimi- ser la combustion. En effet, une installation qui fonctionne de ma- nière optimale est une installation qui fonctionne dans le respect de l’environnement. La mise au point du brûleur est analysée au chapitre 4: ‘reglage d’un bruleur à mazout’.
Des appareils de mesure électroniques permettent de régler les brûleurs à mazout de manière plus simple et plus rapide. En effet, il est possible de surveiller tous les paramètres en même temps (huit paramètres ou plus en même temps sur les appareils de mesure modernes).
Bref aperçu de la manière de réaliser un mesurage:
Si les résultats des mesures sont en ordre après les différentes séries de mesurages, il est préférable d’imprimer les résultats (c’est d’ailleurs obligatoire en Wallonie et à Bruxelles, et recommandé en Flandre).
En cas de discussion, cela peut servir de preuve que le contrôle a été correctement effectué. L’impression s’effectue à l’aide d’une impri- mante infrarouge ou via Bluetooth. En cas d’utilisation de papier ther- mique, nous devons faire attention car l’impression disparaît après 1 à 2 ans sous l’effet de la lumière (bien qu’il existe du papier qui devrait rester lisible 10 ans). Certains appareils permettent aussi d’envoyer les valeurs mesurées vers un portable ou un PDA.
Exemple de sortie imprimée d’un mesurage par analyseur de fumées électronique
appareils de mesure électroniques Bref aperçu de la manière de réaliser un mesurage:
Brancher soigneusement la sonde de
fumées à l’aide d’un raccord rapide Après le démarrage, phase de cali- brage (30 secondes à 1 minute) Contrôle automatique des cellules afin d’éviter les mesurages erronés
Sélection du combustible
Introduire la sonde de fumées dans le conduit de fumées et la fixer dans le cœur du flux de gaz de combustion
Lancer le mesurage en appuyant sur la touche, parcourir les différents menus au moyen des touches fléchées
Une pression sur la touche de fonc- tion met fin au mesurage. Les valeurs mesurées sont mémorisés sur l’écran et peuvent encore être contrôlées.
Enregistrement ou impression des valeurs mesurées à l’aide de la touche d’impression
Equipement complet (appareil de mesure et accessoires), facile à trans- porter dans le coffret de service
2.3.6 Options
Un appareil électronique de la dernière génération peut faire plus que mesurer. Il existe notamment des appareils qui possèdent une fonction d’analyse pour le relais du brûleur (le relais numérique du brûleur). Un câble d’interface permet d’établir un diagnostic, après quoi l’écran de l’analyseur affiche les dernières pannes survenues sur le brûleur.
Les appareils peuvent aussi mesurer des pressions différentielles. Cela peut être pratique sur les chaudières équipées de pressostats contrô- leurs de la pression d’air. En outre, cette fonction peut aussi servir à mesurer des pressions de gaz.
On trouve aussi sur le marché des programmes qui enregistrent direc- tement les résultats du contrôle de combustion sur un portable ou un PDA, et qui peuvent même imprimer un rapport d’entretien complet chez le client, en même temps que la facture. La liaison s’effectue par IR ou Bluetooth.
Pour les chaudières à raccordement concentrique, il existe une fonc- tion qui peut détecter, en combinaison avec une sonde d’étanchéité, les éventuelles fuites de gaz de combustion.
2.3.7 Entretien et utilisation des appareils de mesure
Les capteurs de gaz électrochimiques ont déjà démontré leur fiabilité et leur bon fonctionnement dans la pratique. Ces capteurs possèdent les grands avantages suivants: une disponibilité rapide des valeurs mesurées, la compacité, l’entretien par l’utilisateur lui-même et les coûts modiques de réparation. La recherche et le développement des cellules de mesure nécessitent toutefois d’énormes efforts pour leur créer un environnement propice, notamment l’optimalisation des lignes d’échappement et le remplacement aisé des cellules de mesure par l’utilisateur.
Entretien
• Remplacez à temps les filtres à poussière.
• Nettoyez les lignes d’échappement / la pompe.
• Contrôlez les cellules de mesure sur un gaz d’essai et rempla- cez-les éventuellement. (La loi impose un contrôle et un ca- librage tous les deux ans chez le fabricant.)
1- batterie rechargeable 2- mesurer pompe à gaz
Testo
Utilisation
• Lisez attentivement le mode d’emploi.
• Ne surchargez pas l’appareil (teneur trop élevée en suie, CO et NO). Respectez la plage de mesure (pas de concentrations extrêmes).
• Il est conseillé de ne surveiller que la valeur CO sur le premier écran. Si la valeur CO est trop élevée, la sonde doit être retirée immédiatement de la cheminée afin de protéger les cellules de mesure. Cette valeur doit d’ailleurs être surveillée en perma- nence. Si nous allons un peu trop loin lors du réglage et que la valeur CO présente un pic, il vaut mieux retirer un peu l’appareil de la cheminée de manière à le rincer à l’air frais.
• Rincez l’appareil de mesure avant et après utilisation afin de dégager les lignes d’échappement et de décharger les cellules (n’attendez pas trop longtemps pour rincer les cellules après utilisation de l’appareil).
• Respectez la température de service.
• Prenez soin de l’appareil de mesure.
Composition/construction
Un microprocesseur interne garantit l’affichage des éventuels mes- sages d’erreur sur l’écran.
Indication sur l’écran
• température de service trop élevée respecter la température de service ( +4 … + 40°C);
• Cellule O2 défectueuse remplacer la cellule O2 (sinon:
indication fautive ou absente du CO2, calcul fautif ou absent du rendement;
• capteur de température défectueux impossibilité de calculer exactement le rendement;
• Cellule CO défectueuse remplacer la cellule CO (sinon: résul- tats des mesures fautifs ou absents).
tableau de conversion des grandeurs mesurées
Les tableaux ci-après présentent les rapports entre les unités de me- sure les plus courantes. Attention: les valeurs mesurées sont toujours données à un excès d’oxygène déterminé (% O2). Or, quand nous utilisons un tableau de conversion, c’est toujours avec un excès d’oxy- gène donné de 0% ou 3%. La valeur mesurée doit donc être ramenée à un excès d’oxygène de 0% ou 3% avant d’être convertie dans une autre unité.
Tableau de conversion à 0% O2
Tableau de conversion à 3% O2 CO
1 ppm = 1,25 mg/Nm³ 1 mg/Nm³ = 0,800 ppm 1 ppm = 1,101 mg/kWh 1 mg/kWh = 0,900 ppm 1 mg/Nm³ = 0,889 mg/kWh 1 mg/kWh = 1,125 mg/Nm³
NOx
1 ppm = 2,05 mg/Nm³ 1 mg/Nm³ = 0,488 ppm 1 ppm = 1,822 mg/kWh 1 mg/kWh = 0,549 ppm 1 mg/Nm³ = 0,889 mg/kWh 1 mg/kWh = 1,125 mg/Nm³
SO2
1 ppm = 2,93 mg/Nm³ 1 mg/Nm³ = 0,341 ppm 1 ppm = 2,604 mg/kWh 1 mg/kWh = 0,384 ppm 1 mg/Nm³ = 0,889 mg/kWh 1 mg/kWh = 1,125 mg/Nm³
CO
1 ppm = 1,458 mg/Nm³ 1 mg/Nm³ = 0,686 ppm 1 ppm = 1,295 mg/kWh 1 mg/kWh = 0,772 ppm 1 mg/Nm³ = 0,889 mg/kWh 1 mg/kWh = 1,125 mg/Nm³
NOx
1 ppm = 2,392 mg/Nm³ 1 mg/Nm³ = 0,418 ppm 1 ppm = 2,128 mg/kWh 1 mg/kWh = 0,470 ppm 1 mg/Nm³ = 0,889 mg/kWh 1 mg/kWh = 1,125 mg/Nm³
SO2
Formules de conversion d’ o2 W(gO2) = (21 - g)
x M (21 - y) où:
W = la valeur d’émission souhaitée à l’excès d’oxygène souhaité g;
g = l’excès d’oxygène souhaité;
y = l’excès d’oxygène mesuré;
M = la valeur d’émission mesurée pour un excès d’oxygène mesuré y.
Exemple
• mesuré: 115 ppm CO = M
• excès d’oxygène mesuré: 3,6% = y
Nous voulons ramener cette valeur à O2 = 0%:
W = (21 - 0) x 115= 138,8 ppm CO (21 - 3,6)
Les unités courantes
ppm (parts par million)
L’unité ppm est un rapport qui exprime le nombre de particules par million. Cela veut dire qu’avec une mesure de 250 ppm CO, il y a 250 particules de CO dans un espace contenant 1.000.000 particules.
Cette unité s’utilise d’habitude parce qu’elle est indépendante de la température et de la pression.
mg/Nm³
Avec cette unité, la concentration des particules est donnée comme si elles se devaient se trouver dans un volume de 1 mètre cube à une pression de 1013,25 hPa et une température de 0°C pour avoir une grandeur comparable.
Mais cette grandeur dépend de la concentration d’oxygène dans les gaz de combustion. C’est pourquoi on prend une teneur de référence en oxygène.
mg/kWh
Cette grandeur indique la quantité de composant de gaz de combus- tion par rapport à la quantité d’énergie produite en kWh. Cette valeur dépend uniquement du combustible utilisé. Mais pour la conversion en mg/kWh, les valeurs d’émission mesurées doivent être converties en gaz de combustion non dilué (teneur de référence de 0% O2).
Une teneur de 115 ppm CO à un excès d’oxygène de 3,6 % corres- pond à une teneur de 138,8 ppm CO à 0%. Nous pouvons convertir cette dernière valeur d’émission en une autre unité à l’aide des tableaux de conversion repris plus haut dans ce manuel.
P.e.: 138,8 ppm CO x 1,101 (voir tableau en annexe) = 140,19 mg/ kWh Représentation schématique de 1 ppm
Thomas De Jongh
Avant de pouvoir procéder au démarrage d’un brûleur à mazout, nous devons contrôler si le brûleur que nous voulons placer est bien le bon choix pour la chaudière que nous installons.
Choisir le brûleur veut dire déterminer le type correct de brûleur dont nous pouvons équiper un générateur en fonction de ses caractéris- tiques et de son fonctionnement. Pour ce faire, nous ne pouvons pas nous écarter de la liste donnée normalement par le constructeur de la chaudière et du brûleur conformément à la directive européenne 92/42/CEE. On retrouve aussi les combinaisons correctes dans la liste Optimaz et la liste Optimaz-elite, publiées par Informazout.
Pour obtenir une autorisation de mise sur le marché, le matériel doit être conforme aux normes européennes suivantes:
Pour les brûleurs: EN 267 Pour les chaudières:
• EN 303-1: chaudières avec brûleurs à air soufflé - Terminologie, prescriptions générales, essais et marquage;
• EN 303-2: chaudières avec brûleurs à air soufflé - Prescriptions spéciales pour chaudières avec brûleurs fioul à pulvérisation;
• EN 303-4: chaudières de chauffage - Exigences spécifiques pour chaudières avec brûleurs fioul à air soufflé - Terminologie, pres- criptions spéciales, essais et marquage.
Quand il faut remplacer un ancien brûleur, un calcul simple peut aboutir à une solution optimale.
Le mauvais choix du brûleur pour un générateur de chaleur peut être la cause de nombreux désagréments: mauvaise combustion, encrassement rapide de la chaudière et de la tête de combustion du
3 DÉMARRAGE DES BRÛLEURS À MAZOUT
3.1 Le choix du brûleur en fonction du générateur
Pour bien choisir le brûleur, il faut connaître les éléments suivants:
La chaudière
• puissance calorifique, exprimée en kilowatt (kW):
• la pression du foyer ou la perte de résistance, exprimée en Pascal (Pa) ou en millibar (mbar). Ces informations figurent dans les documents remis par le constructeur. Il s’agit ici de la perte de résistance à la puissance nominale.
Les normes européennes relatives aux chaudières de chauffage dé- terminent, pour chaque puissance calorifique, le volume du foyer, la perte de résistance dans le trajet des gaz de combustion et la dépres- sion minimale au droit de la cheminée.
Le brûleur
• puissance calorifique en kilowatt (kW) ou exprimée par un débit en litres par heure (l/h) ou kilogramme par heure (kg/h). On se réfère ici au pouvoir calorifique inférieur du combustible.
Les performances du brûleur sont décrites sous la forme d’une courbe débit/pression (quelle est la pression maximale qui peut être surmontée à un débit donné?).
Ces courbes sont généralement établies dans des conditions de fonctionnement qui tiennent compte des éléments suivants:
• la teneur en dioxyde de carbone (CO2) ou en oxygène (O2);
• la pression atmosphérique;
• la température ambiante;
• le combustible utilisé.
Plage de puissance d’un brûleur
Choix du brûleur
La puissance délivrée à la chaudière par le brûleur n’est pas entière- ment transmise au fluide caloporteur. En effet, il y a forcément des pertes au niveau des gaz de combustion (pertes à la cheminée), lors de l’arrêt de la chaudière (qualité de l’isolation et âge de la chaudière), au niveau de la ventilation de la chaudière (brûleur non équipé d’un volet d’air qui se referme automatiquement à l’arrêt), etc.
Le rendement nominal varie en fonction de l’âge de la chaudière et peut se situer très bas. Les nouvelles chaudières doivent répondre à différentes exigences en matière de rendement (voir les normes européennes ci-dessus, et la partie 3: ‘Législation et agréments’).
Pour calculer la puissance d’un brûleur, nous nous basons sur un rendement de combustion de ± 93% pour les chaudières récentes (Optimaz 2005) et de 90% (rendement minimum légal) pour les chaudières plus anciennes.
La puissance du brûleur est déterminée à l’aide de l’équation suivante:
puissance du brûleur = puissance de la chaudière rendement de combustion
En réalité, il s’agit d’un rendement thermique. Cette donnée est par- fois indiquée sur la plaquette signalétique de la chaudière.
Si nous voulons connaître le débit du brûleur, l’équation se présente comme suit:
débit du brûleur = puissance de la chaudière
rendement de combustion x valeur calorifique Comme l’altitude maximale n’est pas très élevée en Belgique, les courbes débit/pression du brûleur ne doivent pas être modifiées.
Pour mémoire: la pression atmosphérique diminue au fur et à mesure que l’altitude augmente car, de ce fait, l’air contient moins d’oxygène.
Le volume d’air varie également en fonction de la température.
Plus l’air est chaud, moins il est dense. C’est pourquoi il y a lieu, par exemple, d’ouvrir davantage le volet d’air du brûleur en été lorsqu’on règle la combustion. Le débit d’air du ventilateur reste généralement inchangé, mais la teneur en oxygène par m³ d’air et la pression du ventilateur diminuent.
La chaudière en dépression
Les premières chaudières, qui avaient été fabriquées à l’époque pour fonctionner avec un combustible solide, ne pouvaient pas présenter trop de perte de résistance. Grâce au tirage naturel de la cheminée, la masse du charbon assurait une combustion progressive.
Lorsqu’on passe de ces chaudières à un combustible liquide, il y a lieu de calculer si la puissance du brûleur peut couvrir la puissance de la chaudière si l’on part du principe que la pression du foyer est de 0.
L’installation d’un brûleur à air soufflé sur ce type de chaudière ne pose aucun problème.
Les constructeurs indiquent la dépression minimale à laquelle la cheminée doit répondre pour garantir que tous les conduits des gaz de combustion de la chaudière seront en dépression.
La figure ci-dessous indique l’évolution de la pression dans une chau- dière en dépression par rapport à la pression atmosphérique (= 0 sur le dessin).
Schéma de fonctionnement d’une chambre de combustion en dépression Chaudière en surpression
Dans ce cas, nous avons un autre problème, car nous devons sur- monter la pression du foyer.
La valeur de cette résistance est la différence entre la pression du foyer et la dépression de la cheminée (= Δ prk = pv - ps). Une modifi- cation de la dépression de la cheminée a une influence directe sur la résistance du foyer. Pour surmonter la résistance du foyer, la pression du ventilateur du brûleur doit être supérieure à celle de la chaudière.
Mais la pratique a démontré qu’il est recommandé d’augmenter la perte de résistance de la chaudière pour surmonter l’onde de choc au démarrage du brûleur.
La perte de résistance ou de pression dans le foyer varie de quelques Pascal à plusieurs dizaines de Pascal.
La figure ci-dessous représente l’évolution de la pression dans une chaudière en surpression.
Thomas De Jongh
a. pression ventilateur b. pression disponible
c. pression à l’arrière du dispositif de mélange (accrocheur de flamme)
d. dépression dans le foyer e. dépression à l’arrière des
conduits de fumées f. dépression dans le tube de
fumées g. pression
h. dépression ventilateur i. dépression
Schéma de fonctionnement d’une chambre de combustion sous pression
Quelques calculs, que nous décrirons au paragraphe suivant, sont nécessaires pour déterminer le choix du brûleur pour ce type de chaudière.
Pour commencer, nous devons connaître la puissance et la perte de résistance de la chaudière.
Exemple
• puissance nominale de la chaudière: 33kW;
• perte de résistance à la puissance nominale du trajet des gaz de combustion de la chaudière (pour une teneur en CO2 de 12,5% et un excès d’air de 25%): (= 20 mbar).
Nous devons au préalable déterminer la puissance nominale du brû- leur. Pour ce faire, nous appliquons la formule suivante:
puissance du brûleur = puissance de la chaudière rendement de combustion Remarque
Dans certains cas, nous pouvons retrouver une puissance de com- bustion sur la plaquette signalétique ou dans la documentation technique de la chaudière; il y est déjà tenu compte d’un rendement de combustion donné.
Remarque:
Premier cas: rendement de combustion estimé de 93%, Optimaz 2005 débit du brûleur = 27 kW = 29 kW
0,93
Thomas De Jongh
a. pression ventilateur b. pression disponible
c. pression à l’arrière du dispositif de mélange (accrocheur de flamme)
d. dépression dans le foyer e. dépression à l’arrière des
conduits de fumées f. dépression dans le tube de
fumées g. pression
h. dépression ventilateur i. dépression
Deuxième cas:
rendement de combustion estimé de 85%, ancienne chaudière Nous travaillons avec les mêmes caractéristiques que pour la chau- dière ci-dessus, mais nous tenons compte d’un rendement de com- bustion de ± 85%. Nous constatons alors que la puissance nominale ou le débit du brûleur varie (fortement).
débit du brûleur = 27 kW = 32 kW 0,85
débit du brûleur = 27 kW = 2,68 kg/h 0,85×11,863kW h/kg
Ou encore:
débit du brûleur = 27 kW = 3,19 l/h 0,85×9,945kW h/l
Si nous suivons cet exemple sur base de la courbe débit/pression du constructeur du brûleur, nous pouvons déterminer le brûleur adé- quat pour cette chaudière.
La plage de puissance indique la plage de puissance autorisée d’un brûleur, à laquelle un débit déterminé du brûleur vainc la résistance (pression) maximale du foyer que ce brûleur peut vaincre.
La plage de puissance d’un brûleur dépend de son ventilateur, de la tête de combustion (bouche du brûleur, accrocheur de flamme), ...
Sur un diagramme de brûleur, nous devons:
1. tracer une ligne horizontale au niveau de la perte de résistance au droit de la chaudière, soit 0,20 mbar dans notre exemple;
2. tracer une ligne verticale au niveau du débit du brûleur: 3 kg/h pour le premier cas et 3,3 kg/h pour le second cas.
Comme nous pouvons le constater dans le premier cas, les brûleurs A et B conviennent pour cette chaudière. Le choix dépendra notam- ment du prix.
Dans le second cas il faut opter pour le brûleur B. Le brûleur A ne parvient pas à vaincre la perte de résistance de la chaudière au débit demandé à cause d’un débit d’air trop faible et d’une pression d’air trop basse.
Il ne sera possible de régler une chaudière relevant du second cas, équipée d’un brûleur A, que si la puissance du brûleur est limitée, afin qu’il rentre dans la plage de puissance. Le débit du brûleur doit toujours se situer dans la gamme de puissance de la chaudière et dans la plage de puissance du brûleur. La puissance calorifique diminuera évidemment si l’on réduit le débit du brûleur. De ce fait, les exigences de fonctionnement du constructeur de la chaudière ne sont plus respectées et une condensation peut se produire.
Quand nous avons choisi le bon brûleur pour notre chaudière, nous pouvons le monter, le raccorder et le faire démarrer.
3.2.1 Montage d’un brûleur mazout
Le brûleur doit être monté suivant les lois et normes locales en vi- gueur et suivant les instructions de montage du fabricant. Commen- cez donc toujours par lire attentivement le manuel avant d’entamer le montage.
position de fonctionnement
Tous les brûleurs ne peuvent pas être montés dans n’importe quelle position.
