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Amélioration du débit, de la fiabilité et de la sécurité des trains d’alimentation en combustible des brûleurs industriels

Depuis plus de 90 ans, Emerson est à l’avant-garde des technologies de combustion dans des secteurs essentiels tels que les brûleurs commerciaux et industriels, les chaudières, les fours, les fourneaux, les oxydateurs thermiques, les incinérateurs, etc. Nos vannes d’arrêt de sécurité, électrovannes, actionneurs et autres composants, approuvés dans le monde entier, garantissent une qualité et des performances de débit supérieures, ce qui permet de respecter les normes les plus strictes en matière de sécurité et d’efficacité énergétique à un prix avantageux.

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Nos solutions pour les brûleurs industriels


Combustion par feu pulsé

Pulse firing

L’activation par impulsions augmente la productivité et réduit les émissions dans les systèmes de fours à gaz à plusieurs brûleurs. Cette technique, qui implique une «impulsion » des brûleurs pendant les cycles de marche/arrêt ou de grand feu/feu réduit, offre un meilleur contrôle de la température et une plus grande efficacité du combustible. Elle maximise également la circulation d’air et homogénéise la chaleur dans le four. Pour libérer les nombreux avantages de l’activation par impulsions, les systèmes de brûleurs ont besoin de vannes robustes, capables de résister à l’ouverture et à la fermeture fréquentes afin de réguler correctement la chaleur.

Produits associés

ASCO 214™ Electrovanne de coupure automatique de gaz

Les vannes d’arrêt de sécurité de gaz à basse pression et haut débit (5 psi) de la série ASCO 214, également connues sous le nom de 8214, sont spécialement conçues pour la régulation tout-ou-rien du gaz de combustion dans les brûleurs à gaz commerciaux et industriels. Leur conception unique à deux clapets avec dépassement de course assure une étanchéité redondante pour une fermeture étanche aux fuites sur les conduites pilotes ou les conduites principales de gaz. La bride en option permet une construction de vanne à double solénoïde et à électrovanne motorisée pour offrir modularité et facilité de montage. Ces vannes sont idéales pour les chaudières au gaz naturel, les fourneaux, les séchoirs à grains, les fours, les générateurs à gaz et les équipements de cuisines commerciales.

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ASCO™ 215 Electrovanne de Coupure de gaz, haut débit

La série 215 ASCO est une vanne d’arrêt de sécurité de gaz légère à corps en aluminium pour les applications à haut débit.  Sa construction à commande pilote fonctionne depuis un différentiel de pression nul avec un siège souple résilient garantissant une fermeture étanche. La bride en option permet une construction de vanne à double solénoïde et à électrovanne motorisée pour offrir modularité et facilité de montage. La série 215 est idéale pour les services sous vide, les applications d’oxygène, les équipements de chauffage et les applications à longue durée de vie.

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Vanne à piston à commande par pression ASCO™ série 290D

La série 290 ASCO est une vanne à piston à siège incliné à commande directe par pression conçue pour les applications exigeantes. Sa conception permettant un débit élevé grâce à la construction du corps de vanne est disponible en bronze et en acier inoxydable. Cette vanne est adaptée aux applications de service général sur tous types de fluides auxiliaires (air, gaz inerte, eau, fuel, vapeur, vide). Une large gamme d’options, de certifications et de caractéristiques est disponible.

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Foire aux questions sur les brûleurs industriels

La vanne d’arrêt de sécurité du combustible allume et éteint le brûleur et empêche le passage du combustible (gaz ou fioul) dans la chambre de combustion en cas d’arrêt de la chaudière, du four, de l’oxydateur thermique ou de tout autre appareil de chauffage. Les vannes d’arrêt de sécurité du combustible peuvent être actionnées par voie électrique (motorisée ou électrovanne) ou pneumatique et sont requises par les normes et codes nationaux.

Autres caractéristiques de vanne :

•Normalement fermée.
•Soumise à des tests de durée de vie importants.
•Doit répondre à des exigences strictes en matière de serrage et de fuites.
•Conçue pour s’arrêter en moins d’une seconde en cas de perte d’énergie.
•La plupart du temps, deux vannes sont nécessaires entre le brûleur et l’alimentation en combustible.
ASCO 158/159 diagram
Une vanne d’arrêt est une vanne qui peut être fermée pour interrompre le débit d’un fluide (« l’arrêter »)

•Elle peut être manuelle ou automatique ; si la vanne est automatique, l’actionnement peut être électrique, pneumatique (pression de l’air + électrique), hydraulique (huile pressurisée + électrique).  
•Une vanne d’arrêt automatique est une vanne normalement fermée, ce qui signifie que l’actionneur est sécurisé en position fermée (la plupart du temps par un retour du ressort), de sorte que la vanne se ferme automatiquement lorsqu’elle est mise hors tension.   

La vanne d’arrêt automatique de sécurité est un élément de sécurité essentiel pour les brûleurs à combustion, c’est-à-dire une vanne d’arrêt qui est mise hors tension lorsqu’une condition dangereuse est détectée, garantissant ainsi que le débit de combustible vers le brûleur est bloqué et sûr.  
•Ces vannes, spécialement conçues pour les brûleurs, sont dotées d’un très faible taux de fuite, d’une grande vitesse de fermeture et d’une excellente fiabilité.  
•Dans le secteur des brûleurs, la norme est d’en installer deux en ligne, de sorte que si l’une d’elles est défaillante ou fuit, l’autre se charge de mettre le brûleur en position d’arrêt.

1. Lorsqu’elle est sous tension, la tige de l’actionneur motorisé pousse la tige de la vanne vers le
bas, ouvrant ainsi la vanne.
2.En cas de perte de puissance, l’actionneur relâche sa résistance, un ressort dans l’actionneur ramène la tige de l’actionneur et un ressort dans la vanne fait remonter le clapet de la vanne, arrêtant ainsi la vanne.
3.Lorsqu’elle est sous tension, la bobine attire le clapet qui soulève le disque de la vanne, ouvrant ainsi la vanne.
4.Lorsque la bobine est hors tension et ne tire plus le disque vers le haut, le ressort peut alors pousser le disque vers le bas pour arrêter le débit.
Un circuit de combustible est l’ensemble des composants de contrôle des fluides qui partent de l’alimentation en combustible jusqu’au brûleur. L’objectif du système est de contrôler en toute sécurité le débit de combustible dans les brûleurs et de garantir un arrêt sûr si nécessaire. Le circuit de combustible se compose de nombreux éléments qui sont régis par diverses normes. Par exemple :

•NFPA 85 : code des risques liés aux systèmes de chaudières et de combustion.
•NFPA 86 : norme pour les fours
•NFPA 87 : norme pour les chauffe-fluides
•EN 676 : brûleurs à air soufflé pour les combustibles gazeux
•EN 746-2 : équipements de thermoconditionnement industriels
Les grands brûleurs sont contrôlés à l’aide d’une combinaison d’un système de gestion des brûleurs (BMS) et d’un système de régulation de la combustion (CCS).
Le BMS garantit un démarrage, un fonctionnement et un arrêt en toute sécurité des brûleurs. 

•Parfois appelé système de protection contre les flammes, le BMS démarre ceux-ci dans l’ordre approprié en éliminant d’abord le gaz de la chambre de combustion, en allumant la veilleuse (le cas échéant) puis en ouvrant la conduite principale de combustible. 
•Pendant le fonctionnement, le BMS surveille la flamme du brûleur principal et coupe l’alimentation des vannes d’arrêt de sécurité si aucune flamme n’est détectée ou en cas de détection d’une situation dangereuse. De plus, le BMS vérifie au démarrage que les conditions de fonctionnement sont sans danger ; si ces conditions ne sont pas remplies, il arrête la séquence de démarrage et alerte l’opérateur.

Le CCS est composé d’un équipement permettant de contrôler le rapport combustible/air et le taux de combustion. Ces composants mécaniques et électroniques peuvent inclure des actionneurs, des vannes de régulation du débit, des automates programmables industriels (API), des variateurs de fréquence (VFD) et des capteurs de débit. Dans certaines conditions, le BMS et le CCS peuvent être intégrés dans le même équipement de régulation.

La plage de potentiel calorifique d’un équipement de chauffage représente le rapport entre la production de chaleur maximale et minimale de l’équipement. Elle varie selon le brûleur utilisé. Un brûleur dont la plage de potentiel calorifique est de 10:1 indique qu’il peut fonctionner avec un débit de chaleur de 10 % de sa valeur maximale. La plage de potentiel calorifique est importante pour le marché des équipements de chauffage. En effet, une plage de potentiel calorifique étendue signifie que la fenêtre de modulation est plus grande. En effet, un rapport de 10:1 signifie que le brûleur peut fonctionner entre 10 % et 100 % de sa capacité, ce qui ouvre des possibilités de le faire fonctionner à 20 %, 30 %, 40 %, etc. lorsque le besoin de chaleur varie. Cela se traduit par des gains importants en matière de consommation de combustible et d’émissions, car cela permet de n’utiliser que ce qui est nécessaire.

Les types de combustible pour les brûleurs et les chaudières comprennent :

•gaz naturel
•fioul (diesel)
•biodiesel
•gaz de four de coke
•biogaz
•hydrogène
•GPL (principalement le butane et le propane)

Certains systèmes utilisent des combustibles solides (tels que la biomasse solide ou les charbons), ces systèmes sont conçus différemment et présentent des règles et des contraintes différentes pour lesquelles Emerson peut également proposer des solutions.

La NFPA stipule des exigences de sûreté de fermeture qui peuvent être satisfaites de deux manières pour les vannes d’arrêt de sécurité de combustible.
La première consiste à mettre en place un contact de preuve de fermeture.

  • Installé dans la vanne par le fabricant, ce dispositif de verrouillage permet de vérifier que la vanne d’arrêt de sécurité de combustible est complètement fermée avant que les cycles de purge et d’allumage du système puissent démarrer.  
  • Un contact de preuve de fermeture non réglable doit être installé en usine, il ne doit être activé qu’une fois que la vanne a atteint la position fermée. Cela signifie qu’un dispositif spécial pour course excédentaire doit être mis en place. 

La deuxième façon de répondre aux exigences de sûreté de fermeture est de déployer un système de vérification de la vanne.  

  • Ce système peut être actif ou passif. Quand il est actif, il utilise une pompe pour mettre la tuyauterie sous pression entre deux vannes d’arrêt de sécurité de combustible, surveille le gaz sous pression pour détecter toute fuite avant le démarrage du système. S’il est passif, ce système vérifie chaque vanne séparément avec un séquençage spécifique d’ouverture et de fermeture de la vanne individuellement en détectant les fuites à l’aide de pressostats.  
  • Un système de contrôle d’étanchéité des vannes peut être obligatoire en Europe sur les circuits de combustible des brûleurs en fonction de leur puissance calorifique. Selon la norme NFPA, le système de contrôle d’étanchéité des vannes peut remplacer la nécessité de vérifier les contacteurs de preuve de fermeture dans certains cas.
Exigés par de nombreuses normes, notamment FM, NFPA et UL, les indicateurs visuels montrent si une vanne d’arrêt de sécurité de combustible est ouverte ou fermée. Les opérateurs peuvent ainsi agir en toute confiance dans les situations où la vanne doit être fermée pour des raisons de sécurité.

Les indicateurs sont généralement de nature mécanique. Certaines normes stipulent que si un voyant ou une LED est utilisé, l’absence de voyant allumé ne peut pas indiquer une position. Cette exigence complique la mise en place d’une indication lumineuse de la position fermée, car l’alimentation électrique de la vanne s’arrête quand le composant est fermé.
Un des moyens de s’assurer que les vannes d’arrêt de sécurité de combustible sont bien entretenues et fonctionneront de manière fiable en cas d’arrêt consiste à d’effectuer des tests d’étanchéité annuels ou plus fréquents. Les sièges des vannes s’usant avec le temps, ces tests permettent de s’assurer qu’aucun gaz ne fuit par la vanne.

Les vannes Emerson pour brûleurs industriels comportent une prise de pression spécifique qui facilite cette procédure de test, permettant de maintenir la vanne sur l'alimentation pendant le test. Ces prises de pression facilitent également l’installation de pressostats pour la surveillance des limites de pression ou la détection automatique des fuites en cas d’utilisation d’un système de contrôle d'étanchéité des vannes.

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