Comment optimiser la combustion et la sécurité de votre chaudière industrielle ?

Les chaudières industrielles sont nécessaires pour fournir aux citoyens et aux entreprises du chauffage, de l’électricité et de l’eau chaude, mais elles peuvent générer un impact significatif sur les dépenses opérationnelles ainsi que sur l’environnement.

Afin d’augmenter l’efficacité énergétique, de minimiser la consommation de combustible, d’améliorer les profits tout en assurant la sécurité et la préservation de l’environnement. Les opérateurs doivent optimiser le processus de combustion dans leurs chaufferies industrielles.

Découvrez la solution dans cet article.

Comment fonctionne une chaudière industrielle ?

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Une chaudière est un récipient fermé dans lequel de l’eau ou un autre fluide est chauffé. Le fluide chauffé ou vaporisé sort de la chaudière pour être utilisé dans divers processus ou applications de chauffage, y compris la production d’énergie dans laquelle la vapeur sous pression est utilisée pour faire tourner une turbine, et le chauffage pour servir de réactif ou de diluant dans une cuve de production, ou le chauffage pour la climatisation des bâtiments.

Le brûleur de la chaudière brûle le combustible alimenté avec de l’air pour générer de la vapeur. Il est nécessaire de réguler le ratio air/combustible afin de maintenir un rapport constant du mélange.

Dans les applications réelles, cependant, les charges de vapeur peuvent varier de manière significative et imprévisible dans le temps. L’un ou l’autre des débits d’air ou de combustible peut être en retard par rapport à la demande, ce qui entraîne un déséquilibre temporaire du rapport air/débit.

Une trop grande quantité de combustible ou d’air peut poser des problèmes pour l’environnement, la sécurité et réduire le rendement énergétique de la chaudière.
En effet, un excès d’air insuffisant entraîne des combustibles imbrûlés (combustible, suie, fumée et monoxyde de carbone), tandis qu’un excès d’air entraîne une perte de chaleur due à l’augmentation du débit des gaz de combustion, ce qui réduit le rendement global de la chaudière en termes de rapport combustible-vapeur.

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La solution Fuji Electric pour optimiser la combustion des chaudières

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Régulateurs de procédés multifonctions pour chaudières industrielles : une solution fiable et économique pour réguler la combustion de votre chaudière industrielle et maintenir l’efficacité opérationnelle attendue.

Le contrôle de combustion avec une logique de « rapport avec limite croisée » est utilisé pour empêcher le rapport alimentant le brûleur de devenir trop riche (trop de combustible) ou trop pauvre (trop d’air) lorsque les conditions de fonctionnement changent.

Un exemple de configuration de boucle de commande avec l’architecture de limite croisée est donné à la figure 1 (page 3).

Lorsque la demande d’allumage est stable, le rapport air/carburant est équilibré par le réglage du rapport (× μ). La commande prioritaire de sélection haute (sélecteur haut) et la commande prioritaire de sélection basse (sélecteur bas) bloquent les signaux de débit air/carburant actuels ajoutés aux polarisations positives et négatives (+β, -β) pour les empêcher d’affecter chacun des régulateurs de débit.

 

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Lorsque la demande d’allumage augmente (la pression de vapeur diminue), le régulateur principal de pression de vapeur augmente sa sortie C pour compenser. A ce moment, le signal de consigne vers le régulateur de débit de combustible est limité au maximum à la valeur A (débit d’air + β1) par le sélecteur bas. Il n’augmente que de la valeur du biais β1, sauf si l’augmentation du débit d’air est plus importante.
En revanche, le sélecteur haut transmet le même signal C directement au réglage du rapport (× μ), de sorte que la masse du débit d’air est toujours augmentée avant le carburant, pour éviter l’émission de monoxyde de carbone et de carburant non brûlé, nuisible à l’environnement. Il est en même temps limité au maximum à la valeur D (débit de combustible + β3) pour éviter une trop grande perte d’énergie due au chauffage supplémentaire de l’air évacué par la cheminée. De cette manière, le débit de combustible et le débit d’air se limitent mutuellement et augmentent par paliers.

Si la demande d’allumage diminue, le sélecteur bas transmet le signal C pour que le débit de combustible diminue proportionnellement, mais le débit d’air ne peut pas descendre en dessous de la valeur B (débit de combustible -β2) par la commande de sélection haute, ainsi la masse du débit d’air diminue toujours derrière le débit de combustible pour éviter les fumées noires.

Le régulateur de procédés multifonction modèle PSC210

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Le modèle PSC210 est particulièrement adapté à une utilisation dans une boucle de régulation critique, comme pour les chaudières, grâce à ses fonctions de sauvegarde et de commande manuelle.

Ses blocs fonctionnels logiciels étendus de sélection de signaux, d’addition/soustraction et de multiplication/division en plus de la commande PID permettent de réaliser une commande sophistiquée telle que le rapport avec neutralisation de la limite croisée. Il dispose également d’une capacité de communication Modbus/TCP pour réaliser la surveillance et la commande à distance des chaudières à partir d’un système de supervision SCADA.

Grâce à la régulation du rapport de combustion avec neutralisation des limites croisées disponibles sur les régulateurs PID multifonctions de la série PSC100/200, les responsables d’exploitation ont un moyen efficace d’optimiser le fonctionnement de leur chaudière vapeur. La consommation de combustible est réduite et l’environnement préservé.

Ratio avec commande de neutralisation des limites transversales

BOUCLE DE RÉGULATION DE LA PRESSION DE LA VAPEUR PRINCIPALE

Le régulateur PID est utilisé pour réguler la pression de la vapeur principale (P). La MV (valeur de sortie) du régulateur est appelée signal ‘Boiler Master’.

BOUCLE DE RÉGULATION DU DÉBIT DE COMBUSTIBLE

Le signal maître de la chaudière est fourni comme SP (point de consigne) du PID pour réguler la masse du débit de combustible. La stratégie de limite croisée n’affecte pas l’action de contrôle lors de la réduction du SP, mais la limite dans une certaine plage lors de l’augmentation du SP.

BOUCLE DE CONTRÔLE DU DÉBIT D’AIR

Le signal maître de la chaudière, multiplié par le rapport air/carburant prédéfini est fourni comme SP (point de consigne) du PID pour contrôler la masse du débit d’air. La stratégie de limite croisée limite la déviation du SP dans une certaine plage dans les deux sens afin de s’assurer qu’un changement opérationnel soudain n’entraîne pas une combustion incomplète, en fournissant temporairement de l’air supplémentaire au brûleur jusqu’à ce que l’équilibre soit rétabli. Le débit d’air augmente devant le débit de combustible avec une demande d’allumage plus importante, tandis qu’il diminue derrière le combustible avec une demande moindre.

exemple de configuration de boucle de regulation schema fr

Vos avantages avec les régulateurs de procédés multifonctions pour la combustion des chaudières industrielles

Vos avantages avec le régulateur multifonction Fuji Electric
  • Optimisation de la combustion de la chaudière
  • Réduction de la consommation de combustible
  • Diminution des émissions polluantes
  • Augmentation des profits

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Régulateur de combustion PID multifonction, multiboucle et programmable : modèle PSC210

  • Optimisation de combustion et économie d’énergie
    Régulateurs PID programmables avec fonctions avancées de calcul

 

  • Idéal pour l’amélioration des instruments existants
    Format compact, compatible avec systèmes présents

 

  • Facilité d’utilisation et de prise en main
    Grand écran graphique couleur et configuration par PC

 

  • Haute fiabilité pour une utilisation exigeante
    Fonctions de régulation, d’affichage et entrées/sorties indépendantes

 

  • Collectez, analysez et optimisez
    Communication Modbus et sauvegarde des données de mesure

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