Brevet FR2626353A1 — publié le 19890728

L'invention est relative h un dispositif de rdgulation de la viscosité du fuel lourd df alimentátion de broyeurs de chaudière ainsi qutå un procédé de régulation de la viscosité du fuel lourd d'alimentation de chaudière. Elle trouvera notamment son application dans l'industrie équipée d'installations de chauffage su fuel lourd. Bien que plus délicat å utiliser que le fuel domestique, le fuel lourd présente un intérêt économique certain, qui a largement contribué à la généralisation de son utilisation dans les installations thermiques de forte puissance rencontrées principalement dans les collectivités et dans l'industrie. L'une des caractéristiques physiques essentielles du fuel lourd est sa viscosité dont dépendent le pompage et la pulvérisation. Une faible viscosité est également nécessaire pour éviter l'utilisation de pompes tres puissantes C'est dans ce but que l'on utilise des réchauffeurs de masse placés dans la cuve de stockage et des réchauffeurs de crépines placés 9 l'aspiration du fuel. sur roule est d'assurer un chauffage suffisant du fuel pour que celui-ei présente une viscosité admissible dans l'ensemble du circuit d'alimentation des broyeurs de chaudière, le débit de pompage étant inversement proportionnel h la viscosité. En général, une température de 40 C est maintenue au sein de la cuve de stockage alors qu'une température d'environ 700C est utilisée dans les conduits d'alimentation. Compte tenu que la combustion est une réaction entre combustible et air de combustion, de nombreux facteurs interviennent dans la combustion proprement dite du fuel lourd. En particulier, la surface de contact entre le combustible et l'air doit entre aussi grande que possible, c'est-à-dire que la pulvérisation du fuel doit présenter une finesse maximum pour obtenir des gouttelettes de combustible de très petites dimensions A cet eff-et, on peut par exemple combiner l'emploi d'une haute pression pour l'injection du fuel lourd au niveau du valeur avec llutilisation d'une chambre de giration située å la sortie du gicleur qui orée une force centrifuge et permet de faire éclateur en fines gouttelettes le film de fuel lourd injecté. Deux paramètres influencent le régime de chauffe de la chaudière1 il s'agit de -la pression dans la boucle du brûleur et de la viscosité du fuel qui, tous deux, Jouent un racle fondamental dans le débit de combustible brûlé Les techniques actuelles permettent de contrôler avec une bonne précision la pression dans la boucle des brtleurs. Par contre, la viscosité est beaucoup plus délicate å contrôler, or il s'agit d'uns caractéristique déterminante dans le rendement énergétique de la chaudière. Les variations de viscosité du fuel lourd an fonction de la température dépendent de la qualité de celui-ci. A titre d'exemple, la viscosité d'un fuel lourd è basse teneur en soufre è 50 C peut varier entre 110 et 450 centistockes, soit antre 14 et 500 engluer. Dans ces conditions, les différents approvisionnements en fuel lourd peuvent entraîner des variations de l'ordre d'une dizaine de centistcckes pour une même température d'utilisation du fuel lourd au gicleur. A température de pulvérisation constante, il s'ensuit des variations de débit de fuel au niveau du gicleur, correspondant b la variation de viscosité, qui entraînent une déstabilisation de la combustion ai le débit d'air reste constant. Dans les chaufferies è fuel lourd traditionnelles, on procède è une régulation en température du préchauffage du combustible. Pour cela, on détermine épisodiquement lo viscosité du fuel, en fonction des résultats on se reporte h un abaque qui indique la température de consigne a adopter pour le préchauffeur de boucle de baller. Cette méthode n'est pas satisfaisante, tout d'abord parcs que les mesures de viscosité ne sont pas réalisées systématiquement à chaque nouvel arrivage de combustible. De plus, il est annoter que ce qui est important de connaître, c'est la viscosité dans la boucle. Cette mesure manuelle manque de précision. Genéralement, la température adoptée est souvent plus élevée que celle nécessaire > ce qui se traduit par un gaspillage d'énergie de préchauffage et une mauvaise qualité de la combustion. Le détermination de la température de préchauffage b adopter en fonction de la viscosité relevée est dgalement difficile b mettre en oeuvre car l'évolution de la viscosité en fonction de la température varie selon les fuels. Des études ont montré que les pentes des courbes, viscosité en fonction de la température, correspondantes pouvaient varier dans une large mesure.Généralement, on admet que la variation de viscosité en fonction de la température est linéaire dans la gamme de température de travail et å partir de deux mesures de viscosité å des températures différentes, on détermine la température corres.pondant à une viscosité de pulvérisation dite optimale. Toutefois, cela nécessite l'emploi d'au moins deux vîscosîmètres t Malheureusement, le oot élevé des viscosimbtres ne permet actuellement pas de généraliser leur utilisation dans chaque boucle d'alimentation des broyeurs. Les économies d'énergie qui an résulteraient ne- pourraient compenser les investissements nécessaires à l'achat des différents équipements. En conclusion, seule une régulation de viscosité du fuel d'alimentation des broyeurs permettrait de garantir, en toutes circonstances1 une qualité optimale de combustion. Le but principal de la présente invention est de presenter un dispositif de régulation de viscosité qui permet d'alimenter les différents brOleurs d'une installation de chaufferie dans des conditions optimales de combustion, ceci en fonction des caractéristiques effectives du fuel lourd utilisé. La rentabilité économique du dispositif de régulation est assurée car il ne nécessite la mise en oeuvre que d'un seul vissosimbtrel ceci quel que soit le nombre de brûleurs utilisés. Les économies d'énergie réalisées le sont h deux niveaux, d'une part en raison de l'amélioration de la combustion et d'autre part en raison des dépenses énergétiques de préchauffage limitées au strict nécessaire. Un autre but de la présente invention est de présenter un procédé de régulation de la viscosité du fuel lourd d'alimentation de brûleurs de chaudière qui présente une grande simplicité de mise en oeuvre et notamment permet de réduire le nombre d'interventions h effectuer sur l'installation. Dans une version élaborée de réalisation de la prdsente invention, celle-ci peut autre surveillée a distance notamment en ce qui concerne son bon fonctionnement, toute anomalie étant signalée è une centrale de surveillance qui peut alors faire procéder à une intervention. I1 faut également souligner qu'en cas de défaillance de la chaîne de régulation, l'installation se place automatiquement dans des conditions de fonctionnement standard. En cas de variation des caractéristiques de fonctionnement des différents brûleurs d'une mme installations ces différences pourront etre prises an considération par le dispositif de régulation pour permettre néanmoins le fonctionnement de chacun des brûleurs dans de bonnes conditions de combustion. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est cependant donnée qu'è titre indicatif et quoi n'a pas pour but de la limiter. Le dispositif de régulation de viscosité du fuel lourd d'alimentation de brûleurs de obaudièra que comprend une installation d'alimentation formée d'une cuve de stockage sur laquelle est connectée une boucle de gavage ob le fuel circule et subit un préchauffage assuré par un préchauffeur de boucle et dans laquelle est prélevé le combustible par une boucle de brûleur qui comprend une pompe, une vanne d'ajustement du débit, un réchauffeur régulé du fuel selon une température de consigne et le gicleur de pulvérisation dudit fuel, est caractérisé par le fait qu'il est formé d'une boucle indépendante des brtleurs, placée en dérivation sur le circuit de gavage, dans laquelle est placé un réchauffeur dont la marche est pilotée par un viscosimètre placé en aval dudit réchauffeur qui stabilise, å une valeur de consigneS la viscosité du fuel chauffe, ainsi qu'une sonde de temperature qui détermine la température de consigne adoptée dans les boucles de broyeurs. Le procédé de régulation de la viscosité du fuel lourd d'alimentation des brûleurs de chaudière selon le paragraphe précédent est caractérisé en ce que ; on établit une circulation du fuel en dérivation sur la boucle de gavage, - on mesure la viscosité du fuel dans la boucle en dérivation et on ajuste la température du fuel dans ladite boucle pour atteindre une- valeur de-consigne de la viscosité, - on meaure la température du fuel dans la boucle en dérivation, - on impose une température du fuel dans les boucles de broyeurs dépendante de la température relevée dans la boucle en dérivation L'invention sera mieux comprise 9 la lecture de la description suivante accompagnée d'un dessin en annexe qui schématise les différents organes rencontrés dans une installation de chauffage au fuel lourd. La présente invention vise un dispositif de régulation de viscosité du fuel lourd d'alimentation de brûleurs de chaudière ainsi qu'un procédé de régulation de la viscosité du fuel lourd d'alimentation de chaudière Elle trouvera notamment son application dans les chaufferies industrielles et domestiques, dans le cadre des économies d'énergie. Le rendement de la combustion des brûleurs de chaudière au fuel lourd dépend principalement de la viscosité du combustible injecté En effet, les brOleurs h chambre tournante sont calculés pour fonctionner avec du fuel lourd de viscosité donnée, généralement entre 2 et 3t engluer. Cette valeur permet d'obtenir une pulvérisation fine du combustible, d'où une surface de contact avec ltoxygbne très importante. Toute variation de la viscosité se traduit par des pertes de rendement de la combustion importantes. Or, generalement, dans les installations actuelles de chauffage au fuel lourd, seule une régulation thermique est assurée, ceci en raison principalement du coût très élevé des viscosimetres, ce qui en limite l'usage. Dans ces conditions, des tests de viscosité sont effectués épisodiquement et en fonction du résultat, la température de préchauffage du fuel lourd d'alimentation des brûleurs est fixée. Pour de multiples raisons, en particulier des différentes qualités de fuel rencontrées, les différences de variation température viscosité trouvées, mesure å des endroits inadaptds, ce mode de régulation n'est pas satisfaisant et se traduit bien souvent par une surchauffe du fuel au niveau du préchauffage avec les pertes de rendement et d'énergie correspondantes. La figure en annexe schématise une installation d'alimentation en fuel lourd de chaufferie. Une cuve principale de stockage du combustible, non illustrée, assure l'approvisionnement du fuel lourd. Pour éviter tout figeage du combustible dans la cuve, celle-ci est généralement garnie d'un dispositif de préchauffage intégré qui garantit une température de 400C du fuel lourd. La crépine d'aspiration du combustible est également pourvue d'un dispositif de préchauffage qui élève la température ds fluide h environ 70aC pour que des transferts de ligne puissent Entre assurés avec des dépenses minimales- d'énergie. Le combustible est ensuite dirigé vers une boucle de gavage (1) où il circule h l'aide d'une pompe (2). Le combustible subit une surie de filtrations (3) qui permettent d'éliminer toutes les impuretés. La température dans la boucle de gavage (1) est contrôlée b l'aide d'une sonde (4) qui pilote un réchauffeur (5) de boucle, dans le cas illustré ici alimenté en eau chaude (s) ou vapeur. Ce rdehauffeur Blève la température du fuel lourd h environ 8DC alors qu'il est introduit dans la boucle de gavage 9 une température voisine de 50 C. L'excédent de fuel circulant dans la boucle de gavage (1) est retourné b la cuve principale de stockage par une conduite de retour (7). Sur la boucle de gavage (1) sont placées les différentes boucles de brûleur (8) dont une réalisation est illustrée sur la figure annexée. La présente invention ne prend pleinement son sens que dans la mesure où différentes boucles de brûleur (8) sont placées sur la boucle de gavage (1), toutefois elle peut être également appliquée avec l'utilisation d'une seule boucle de brûleur. Cette dernière comprend une premiers filtration (9) avec purge automatique suivie d'une pompe de circulation (10). La température du combustible est élevée h l'aide d'un préchauffeur (Il), dans le cas présent fonctionnant a l'énergie électrique. La température du fuel lourd est contralée è l'aide d'une sonde (12) placée en aval du préchauffeur (11). Le combustible est ensuite dirigé vers le gicleur (13) dont le débit peut entre ajusté h l'aide de vannes de réglage (14). L'excédent de fuel lourd est renvoyé dans la boucle de gavage 9 l'aide d'une conduite de retour (15 > . Les différentes boucles de brûleur (B) susceptibles d'être placées sur la boucle de gavage comprennent les mimes organes. La température du combustible d'alimentation du gicleur (13) doit correspondre à une température de consigne pour etre optimale. Cette température de consigne dépend de la qualité du fuel d'alimentation. Selon la caractéristique principale de la présente invention, un dispositif (l) de régulation de viscosité du fuel lourd d'alimentation est formé d'une boucle indépendante des brtleurs, placée en dérivation sur le circuit de gavage (1). Cette boucle (16) en dérivation comprend un réchauffeur (17) dont.la marche est pilotée par un viscosimètre (18) placé en aval dudit réchauffeur et qui stabilise la viscosité du fuel chauffé b une valeur de consigne. il s'agit d'une valeur de la viscosité correspondant au rendement thermique maximum des brûleurs placés sur l'installation de chauffage Une sonde de température (19) est également placée sur la boucle de dérivation (16), qui permet de relever la température de la boucle pour fixer la température de consigne imposée dans les différentes boucles de brûleur (8). Ainsi le contrôle de la température correspondant à la viscosité optimale de fonctionnement des broyeurs est réalisé en permanence avec le fuel consommé, ce qui permet de garantir en toutes circonstances un excellent rendement de l'installation. Il faut également noter qu'il n'est utilisé qu'un seul viscosimètre, ceci quel que soit le nombre de boucles de brûleur (8) rencontré. Cette disposition est particulièrement économique et permet d'amortir très rapidement les frais occasionnés par la mise en place de la boucle de dérivation Une vanne de réglage. (20) du débit est mise en place entre les points de r-accordement (21) et (22) de la boucle indépendante an dérivation (16). Cette vanne de réglage a pour but de créer la perte de charge nécessaire à circulation du fuel dans la boucle en dérivation (16) t Il faut d'ailleurs noter. que le débit de fuel dans cette boucle indépendante (16) doit Entre réduit au minimum pour minimiser les dépenses énergétiques de réchauffage du préchauffeur (17). Pour cette meme raison, la boucle en dérivation (lé) sera de préférence disposée après le réchauffeur (5) de la boucle de gavage (1). Dans ces conditions, l'élévation de température du fuel pour atteindre la plage de la température de consigne entre 100 et 150 C est rdduite. Il faut noter qu'au cas où des gicleurs de différentes qualités seraient utilisés sur l'installation, il est possible de modifier légèrement les températures de consigne de chacun d'eux pour qu'ils fonctionnent tous dans des conditions optimales, ceci h partir d'une température de référence détectée par la sonde (19). Ces faibles écarts de réglage sont réalisés au niveau du dispositif de commande et ces erreurs engendrées par les écarts sont minimes et ont une faible incidence sur le rendement général de l'installation. En effet, les différences de température de réglage entre la sonde thermique (19) et les sondes (12) des boucles de brûleur (8) sont très faibles et les dérives de le viscosité an fonction de la température sont du second ordre. Le réchauffage du fuel, s'il est trop important, a notamment pour conséquence malheureuse de provoquer une décomposition partielle en gaz de eelui-ci Lorsque les brûleurs fonctionnent par intermittence, on assiste parfois h une élévation anormale de la température du fuel placé dans la cuve de stockage. Ceci est dQ a l'action combinée des différents réchauffeurs et du retour massif du fuel imbrûlé. Lorsque la cuve n'est pas calorifugée, les calories s'évacuent naturellement et l'énergie consommée par les différents préchauffeurs est perdue Par contre, si elle est calorifugée, on assiste à une destabilisation du produit en raison de la température élevée qui provoque un vieillissement rapide du fuel avec des risques de sédimentation. Pour améliorer le fonctionnement général de l'installation, deux mesures sont prises au niveau de la présente invention, d'une part en cas d'arrêt du un brûleur (133, la température de consigne adoptée dans la boucle de brûleur (8) correspondante est ramenée à 80nCX D'autre part, pour remplacer le dégazage effectué généralement en cuve, on utilisera une bouteille de dégazage t233 en fin de, boucle (î) qui séparera le fuel chargé de gaz dans le haut de la bouteille et, dans le bas de la bouteille, le fuel propre å la pulvérisation. Un débit de fuite minimum amènera le fuel chargé de gaz en cuve où il pourra se dégazer, un by-pass véhiculera le fuel en fond de bouteille en amont de la pompe de transfert. Le strict minimum sers donc aspiré de la cuve. Le débit de fuite sera déterminé par le degré d'ouverture de la vanne du by-pass afin que l'écoulement du fuel vers la cuve soit interrompu pour éviter le Figeage dans cette tuyauterie. Dans ces conditions, le réchauffage du fuel est très limité au niveau de la boucle de gavage En effet, si le brûleur pulvérise, une partie du fuel 9 140 C retourne dans la boucla et constitue à lui seul un réchauffage important ai toute la boucle est bien calorifugée ; ai le valeur ne pulvérise pas, le réchauffeur ne sert qu'è compenser les pertes de température de la boucle qui tournera alors "en canard". Selon, l'inventionS è partir de la loi de variation de la viscosité en fonction de la température du fuel, on se fixe une viscosité et on adapte ensuite la température nécessaire selon la viscosité. Plus précisément, selon le procédé de régulation de la viscosité du fuel lourd d'alimentation de brûleurs de chaudière, on établit tout d'abord une circulation (16) du fuel en ddrivation sur la boucle de gavage principale ( On mesure la viscosité du fuel dans la boucle en dérivation (16) et on ajuste la température du fuel dans ladite boucle pour atteindre une valeur de consigne de la viscosité qui correspond au fonctionnement optimal des brûleurs (13). On mesure la température (19) du fuel circulant dans la boucle an dérivation (16). On impose une température du fuel dans les boucles de brûleur (8) qui dépend de la température relavée dans la boucle en dérivation (16). Généralement, il s'agît de la meme température, toutefois si plusieurs modèles de gicleurs devaient entre utilisés, certains écarts pourraient entre ajustées pour faire fonctionner chacun d'eux dans les meilleures conditions de combustion, La viscosité assurant le fonctionnement du brûleur atteinte dans la boucle (16) de dérivation correspond h une température généralement comprise entre 100 et 150 C, par conséquent toute température relevée et située en dehors de cette plage peut correspondre à une anomalie et peut Entre considérée comme une défaillance du système de régulation de la boucle (16). Dans ces conditions, on impose une température de repli préréglée à environ 130 C. Dans ces conditions, toute panne de la chaîne de régulation n'entraîne pas d'arrêt de l'installation de chaufferie. Pour économiser l'énergie de préchauffage, en cas d'arrêt d'un brûleur, la température de préchauffage est ramenée à 80 C. Par ailleurs, on réinjecte en amont de la boucle de gavage (1) le fuel dégazé non consommé par les différents gicleurs (13). Cela étants salon la procédé de régulation de la viscosité ds la présente invention, par exemple à partir dun seul viscosimètre, il est possible de piloter jusqu'à trente et un bruleurs, relié à un automate, pouvant lui aussi etre raccordé à un système de surveillance centralisé. D'autres mises en oeuvre de la présente invention, a la portée de l'Homme de l'Art, auraient également pu être envisagées sans pour autant sortir du cadre de celle--ci. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation de la viscosité du fuel lourd d'alimentation de brûleurs de chaudière, qui comprend une installation d'alimentation formée d'une cuve de stockage sur laquelle est connectée une boucle de gavage (1) où le fuel circule et subit un préchauffage assuré par un préchauffeur de boucle (5) et dans lequel est prélevé le combustible par les différentes boucles de brûleur (8) qui comprennent une pompe (10), une vanne d'ajustement du débit, un réchauffeur régulé (il) du fuel salon une température de consigne et de gicleurs (13), c a r a c t é r i s é par la fait qu'il est formé dtune boucle (16) indépendante des brûleurs placée en dérivation sur le circuit de gavage (1) dans laquelle est placé un réchauffeur (17) dont la marche est piloté par un viscosimètre (18) placé en aval dudit réchauffeur (17) qui stabilise la viscosité du fuel chauffé à une valeur de consigna- ainsi qu'une sonde de température (19) qui détermine la température de consigne adoptée dans les différentes boucles de brûleurs (8). 2. Dispositif de régulation de la viscosité, selon la revendication 1, c a r a o t é r i s é par le fait qu'une vanne de réglage (20) du débit est placée sur la boucle de gavage (1) entra les points de racoordement (21), (22) de la boucle indépendante (16). 3. Dispositif de régulation de la viscosité, selon la revendication 1, c a r a c t d r i s é par le fait que la boucle indépendante (16) est placée sur la boucle de gavage (1) après le réchauffeur de boucle (5). 4. Dispositif de rSgulationde la viscosité, selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que le ddbit de fuel dans la boucle indépendante (16) est réduit au minimum. 5. Dispositif de régulation de la viscosité, salon la revendication 1, c a r R c t é r i s é par le fait qu'une bouteille de dégazage (23) est place en fin de boucle de gavage (1) pour remplacer le dégazage effectué normalement en cuve, la bouteille séparant la fuel chargé de gaz dans le haut et le fuel propre à la pulvérisation dans le bas. 6. Dispositif de régulation de la viscosité, selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait qu'en cas d'arrêt d'un brûleur (13), au moins la température de consigne adoptée dans la boucle correspondante (8) est ramenée à environ 800C. 7. Procédé de régulation de la viscosité du fuel lourd d'alimentation de brûleurs de chaudière, selon la revendication 1, e a r a c t é r d s é an ce que X - on établit une circulation du fuel en dérivation (16) sur la boucle de gavage (1), - on mesure la viscosité du fuel dans la boucle en dérivation (16) et on ajuste la température du fuel dans ladite boucle (16) pour atteindre une valeur de consigna de la viscosité, - on mesure la température correspondante du fuel dans la boucle en dérivation (16), - on impose une température du fuel dans les différentes boucles de brûleurs (8) dépendante de la température relevée dans la boucle en dérivation (16). 8. Procédé de rdgulation de la viscosité dans lequel on détermine une plage de fonctionnement de la température de consigne, dans les dIfférentes boucles de brûleurs (8) selon le revendication 7, c a r a c t é r i s é en ee que, si l'on sort de la plage de- fonctionnement de la température dans les boucles de brûleurs, on impose une température de consigna préétablie d'environ 130 C. 9a Procédé de régulation de la viscosité selon la revendication 7 c a r a o t é r i s é en ce que, en cas d'arrêt d'un brtleur, on impose une température de consigne plus basset d'environ 80 C dans la boucle de brûleur (8) correspondante, 10. Procédé de régulation de la viscosité salon la revendication 7, c a r a c t 6 x I s é en ce qu'on réinfecte en amont de la boucle de gavage (1) le fuel dégaze non consommé par les différents brûleurs (13).