Combustion en lit fluidisé | Types et avantages
La fluidisation est une méthode de mélange du carburant et de l'air dans une proportion spécifique, afin d'obtenir une combustion. Un lit fluidisé peut être défini comme un lit de particules solides se comportant comme un fluide. Il fonctionne sur le principe que lorsque de l'air est distribué uniformément à travers un lit finement divisé de particules solides à basse vitesse, les particules restent inchangées, mais si la vitesse de l'écoulement d'air est progressivement augmentée, on atteint un stade où les particules individuelles sont suspendues dans le flux d'air.
Si la vitesse de l'air est encore augmentée, le lit devient très turbulent et un mélange rapide des particules se produit, ce qui ressemble à la formation de bulles dans un liquide en ébullition, et le processus de combustion est alors connu sous le nom de combustion dans un lit fluidisé.
La vitesse de l'air, causant la fluidisation, dépend de plusieurs paramètres, tels que :
Taille des particules de carburant.
Densité du mélange air-carburant.
Ces paramètres sont donc pris en compte lors de la manipulation de la vitesse de l'écoulement d'air pour obtenir le taux de combustion souhaité. Dans la combustion dans un lit fluidisé, le mélange rapide assure l'uniformité de la température. L'avantage principal du système de combustion dans un lit fluidisé est qu'il permet d'utiliser des déchets municipaux, des boues de station d'épuration, de la biomasse, des déchets agricoles et d'autres combustibles à forte teneur en humidité pour la production de chaleur.
Un four à lit fluidisé dispose d'un espace fermé avec une base ayant des ouvertures pour admettre l'air. Du charbon concassé, des cendres et de la dolomie ou de la chaux concassée sont mélangés dans le lit du four, puis de l'air de combustion à haute vitesse est passé à travers le lit, entrant par le fond du four.
Avec l'augmentation progressive de la vitesse de l'air, on atteint un stade où la chute de pression à travers le lit devient égale au poids par unité de section transversale du lit, et cette vitesse critique particulière est appelée la vitesse minimale de fluidisation.
Avec une augmentation supplémentaire de la vitesse de l'air, le lit commencera à s'étendre et permettra le passage d'air supplémentaire, sous forme de bulles. Lorsque la vitesse de l'air devient 3 à 5 fois la vitesse critique, le lit ressemble à un liquide en ébullition violente. Une représentation picturale de la combustion dans un lit fluidisé est donnée dans la figure ci-dessous :
Les tubes évaporateurs de la chaudière sont directement immergés dans le lit fluidisé et, étant en contact direct avec les particules de charbon en combustion, produisent des taux de transfert de chaleur très élevés. Grâce à cela, la taille de l'unité est considérablement réduite, et la combustion est également très efficace.
Types de combustion dans un lit fluidisé
La combustion dans un lit fluidisé (CLF) peut exister sous deux variantes, à savoir :
CLF verticale : Ces fours sont généralement utilisés dans les petites installations et ont une capacité de production de vapeur allant jusqu'à 6 tonnes par heure. Leur forme verticale réduit la dimension globale de la chaudière à vapeur et est extrêmement efficace dans les usines où l'espace est limité.
CLF horizontale : Elles ont une capacité presque 10 fois supérieure par rapport aux CLF verticales. Elles peuvent produire jusqu'à 60 tonnes de vapeur par heure et sont placées horizontalement par rapport aux tubes de la chaudière. La grande capacité des chaudières à lit fluidisé horizontales, couplée à leur grande efficacité, en fait un choix extrêmement désirable pour les centrales thermiques à charbon.
Avantages et inconvénients de la combustion dans un lit fluidisé
La CLF est utilisée de manière exhaustive de nos jours dans toutes les principales centrales électriques à travers le monde, en raison des nombreux avantages qu'elle offre par rapport aux autres méthodes prédominantes de combustion. Quelques-uns de ces avantages sont :
Une efficacité thermique élevée.
Un système de retrait facile des cendres, qui peuvent être transférées pour la fabrication du ciment.
Une période de mise en service et d'installation courte.
Entièrement automatisée, assurant ainsi une opération sûre, même à des températures extrêmes.
Opération efficace à des températures descendantes jusqu'à 150oC (c'est-à-dire bien en dessous de la température de fusion des cendres).
Réduction du broyage du charbon, etc. (le charbon pulvérisé n'est pas nécessaire ici).
Le système peut répondre rapidement aux changements de demande de charge, grâce à l'établissement rapide de l'équilibre thermique entre l'air et les particules de carburant dans le lit.
L'opération du four à lit fluidisé à basse température aide à réduire la pollution atmosphérique. L'opération à basse température réduit également la formation d'oxydes d'azote. En ajoutant soit de la dolomie (un carbonate de calcium-magnésium), soit de la chaux (carbonate de calcium) au four, on peut également réduire les émissions de dioxyde de soufre dans l'atmosphère, si souhaité.
En vue de tous ces avantages de la combustion dans un lit fluidisé mentionnés ci-dessus, où la combustion dans un lit fluidisé émerge comme la meilleure alternative disponible aujourd'hui, le principal inconvénient de ce système est que la puissance des ventilateurs doit être maintenue à une valeur considérablement élevée, car l'air doit être fourni continuellement à une très haute pression pour soutenir le lit. Cela augmente en retour le coût de fonctionnement des unités auxiliaires de l'installation. Mais cela est plus que compensé par les valeurs élevées d'efficacité que la CLF fournit.
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