Fournaise industrielle - Industrial furnace
Un four industriel , également connu sous le nom de chauffage direct ou de chauffage à combustion directe , est un dispositif utilisé pour fournir de la chaleur à un processus industriel, généralement supérieure à 400 degrés Celsius. Ils sont utilisés pour fournir de la chaleur à un procédé ou peuvent servir de réacteur fournissant des chaleurs de réaction. Les conceptions des fours varient en fonction de leur fonction, de leur capacité de chauffage, du type de combustible et de la méthode d'introduction de l'air de combustion. La chaleur est générée par un four industriel en mélangeant du combustible avec de l'air ou de l'oxygène, ou à partir d'énergie électrique . La chaleur résiduelle sortira du four sous forme de gaz de combustion . Ceux-ci sont conçus conformément aux codes et normes internationaux dont les plus courants sont ISO 13705 (Industries du pétrole et du gaz naturel - Réchauffeurs à combustion pour le service général des raffineries) / American Petroleum Institute (API) Standard 560 (Réchauffeurs à combustion pour le service général des raffineries). Les types de fours industriels comprennent les fours de traitement par lots , fours à vide et les fours solaires fours .Industrial sont utilisés dans des applications telles que des réactions chimiques , l' incinération , le raffinage du pétrole et de la verrerie .
Aperçu
Le combustible s'écoule dans le brûleur et est brûlé avec de l'air fourni par un ventilateur. Il peut y avoir plus d'un brûleur dans un four particulier qui peut être disposé dans des cellules qui chauffent un ensemble particulier de tubes. Les brûleurs peuvent également être montés au sol, au mur ou sur le toit selon la conception. Les flammes chauffent les tubes, qui à leur tour chauffent le fluide à l'intérieur dans la première partie du four connue sous le nom de section radiante ou foyer . Dans cette chambre où a lieu la combustion, la chaleur est transférée principalement par rayonnement vers des tubes autour du feu dans la chambre.
Le fluide à chauffer traverse les tubes et est ainsi chauffé à la température souhaitée. Les gaz de combustion sont appelés gaz de combustion . Une fois que les gaz de combustion ont quitté la chambre de combustion, la plupart des conceptions de fournaises comprennent une section de convection où une plus grande quantité de chaleur est récupérée avant d'être évacuée dans l' atmosphère par la cheminée de gaz de combustion . (HTF=Heat Transfer Fluid. Les industries utilisent également leurs fours pour chauffer un fluide secondaire avec des additifs spéciaux comme un antirouille et une haute efficacité de transfert de chaleur. Ce fluide chauffé est ensuite mis en circulation dans toute l'usine vers des échangeurs de chaleur pour être utilisé partout où la chaleur est nécessaire au lieu de chauffer directement la ligne de produits car le produit ou le matériau peut être volatil ou sujet à la fissuration à la température du four.)
Composants
Section radiante
La section radiante est l'endroit où les tubes reçoivent presque toute sa chaleur par rayonnement de la flamme. Dans un four cylindrique vertical, les tubes sont verticaux. Les tubes peuvent être verticaux ou horizontaux, placés le long de la paroi réfractaire , au milieu, etc., ou disposés en alvéoles. Des goujons sont utilisés pour maintenir l' isolant ensemble et sur la paroi de la fournaise. Ils sont placés à environ 1 pi (300 mm) l'un de l'autre dans cette image de l'intérieur d'un four.
Les tubes, illustrés ci-dessous, qui sont brun rougeâtre à cause de la corrosion , sont des tubes en acier au carbone et s'étendent sur la hauteur de la section radiante. Les tubes sont éloignés de l'isolant, de sorte que le rayonnement peut être réfléchi vers l'arrière des tubes pour maintenir une température de paroi de tube uniforme. Les guides de tube en haut, au milieu et en bas maintiennent les tubes en place.
Section de convection
La section de convection est située au-dessus de la section radiante où il fait plus frais pour récupérer la chaleur supplémentaire. Le transfert de chaleur s'effectue ici par convection et les tubes sont munis d'ailettes pour augmenter le transfert de chaleur. Les trois premières rangées de tubes au bas de la section de convection et au sommet de la section radiante sont une zone de tubes nus (sans ailettes) et sont connues sous le nom de section de blindage (« tubes à chocs »), ainsi nommées parce qu'elles sont encore exposés à de nombreux rayonnements du foyer et ils agissent également pour protéger les tubes de la section de convection, qui sont normalement en matériau moins résistant aux températures élevées dans le foyer.
La zone de la section radiante juste avant que les gaz de combustion n'entrent dans la section de protection et dans la section de convection appelée zone de pont. Un croisement est le tube qui relie la sortie de la section de convection à l'entrée de la section radiante. La tuyauterie de croisement est normalement située à l'extérieur afin que la température puisse être surveillée et que l'efficacité de la section de convection puisse être calculée. Le voyant en haut permet au personnel de voir la forme et le motif de la flamme d'en haut et d'inspecter visuellement si un impact de flamme se produit. L'impact de la flamme se produit lorsque la flamme touche les tubes et provoque de petits points isolés de très haute température.
Serpentin rayonnant
Il s'agit d'une série de tubes de type épingle à cheveux horizontale/verticale connectés aux extrémités (avec des coudes à 180°) ou de construction hélicoïdale. Le serpentin radiant absorbe la chaleur par rayonnement. Ils peuvent être à passage unique ou à passages multiples en fonction de la perte de charge autorisée côté procédé. Les serpentins et coudes radiants sont logés dans la boîte radiante. Les matériaux des serpentins radiants varient de l'acier au carbone pour les services à basse température aux aciers fortement alliés pour les services à haute température. Ceux-ci sont soutenus par les parois latérales radiantes ou suspendus au toit radiant. Le matériau de ces supports est généralement de l'acier fortement allié. Lors de la conception du serpentin radiant, on veille à ce que la possibilité de dilatation (dans des conditions chaudes) soit conservée.
Brûleur
Le brûleur dans le four cylindrique vertical comme ci-dessus, est situé dans le sol et s'allume vers le haut. Certains fours ont des brûleurs latéraux, comme dans les locomotives de train . La tuile du brûleur est faite de réfractaire à haute température et est l'endroit où la flamme est contenue. Les registres d'air situés sous le brûleur et à la sortie de la soufflerie d'air sont des dispositifs à volets ou ailettes mobiles qui contrôlent la forme et le motif de la flamme, qu'elle se propage ou même tourbillonne. Les flammes ne doivent pas trop se propager, car cela provoquerait un impact de flammes. Les registres d'air peuvent être classés en primaire, secondaire et, le cas échéant, tertiaire, selon le moment où leur air est introduit.
Le registre d'air primaire fournit de l'air primaire, qui est le premier à être introduit dans le brûleur. De l'air secondaire est ajouté pour compléter l'air primaire. Les brûleurs peuvent inclure un pré-mélangeur pour mélanger l'air et le carburant pour une meilleure combustion avant l'introduction dans le brûleur. Certains brûleurs utilisent même de la vapeur comme prémélange pour préchauffer l'air et créer un meilleur mélange du combustible et de l'air chauffé. Le sol du four est principalement constitué d'un matériau différent de celui de la paroi, généralement un réfractaire moulable dur pour permettre aux techniciens de marcher sur son sol lors de l'entretien.
Un four peut être allumé par une petite flamme pilote ou dans certains modèles plus anciens, à la main. De nos jours, la plupart des veilleuses sont allumées par un transformateur d'allumage (un peu comme les bougies d'allumage d'une voiture). La flamme pilote allume à son tour la flamme principale. La flamme pilote utilise du gaz naturel tandis que la flamme principale peut utiliser à la fois du diesel et du gaz naturel. Lors de l'utilisation de combustibles liquides, un atomiseur est utilisé, sinon le combustible liquide se déversera simplement sur la sole du four et deviendra un danger. L'utilisation d'une veilleuse pour allumer le four augmente la sécurité et la facilité par rapport à l'utilisation d'une méthode d'allumage manuel (comme une allumette).
Souffleur de suie
Les souffleurs de suie se trouvent dans la section de convection. Comme cette section est au-dessus de la section radiante et que le mouvement de l'air est plus lent à cause des ailettes, la suie a tendance à s'y accumuler. Le soufflage de suie est normalement effectué lorsque l'efficacité de la section de convection est diminuée. Ceci peut être calculé en regardant le changement de température de la tuyauterie de croisement et à la sortie de la section de convection.
Les souffleurs de suie utilisent des fluides tels que l'eau, l'air ou la vapeur pour éliminer les dépôts des tubes. Cela se fait généralement pendant l'entretien avec le ventilateur en marche. Il existe plusieurs types de souffleurs de suie utilisés. Les soufflantes murales du type rotatif sont montées sur les parois du four faisant saillie entre les tubes de convection. Les lances sont connectées à une source de vapeur avec des trous percés à intervalles sur sa longueur. Lorsqu'il est allumé, il tourne et souffle la suie des tubes et à travers la pile.
Empiler
La cheminée de gaz de combustion est une structure cylindrique au sommet de toutes les chambres de transfert de chaleur. La culasse située juste en dessous collecte les fumées et les fait monter haut dans l'atmosphère où elles ne mettent pas en danger le personnel.
Le registre de cheminée contenu à l'intérieur fonctionne comme une vanne papillon et régule le tirage (différence de pression entre l'entrée et la sortie d'air) dans la fournaise, c'est ce qui tire les gaz de combustion à travers la section de convection. L'amortisseur de cheminée régule également la chaleur perdue à travers la cheminée. Au fur et à mesure que le volet se ferme, la quantité de chaleur s'échappant du four par la cheminée diminue, mais la pression ou le tirage dans le four augmente, ce qui présente des risques pour ceux qui travaillent autour de lui s'il y a des fuites d'air dans le four, les flammes peuvent alors s'échapper de le foyer ou même exploser si la pression est trop importante.
Isolation
L'isolation est une partie importante du four car elle améliore l'efficacité en minimisant la fuite de chaleur de la chambre chauffée. Les matériaux réfractaires tels que la brique réfractaire , les réfractaires coulables et la fibre céramique , sont utilisés pour l'isolation. Le plancher du four est normalement des réfractaires de type coulable tandis que ceux sur les murs sont cloués ou collés en place. La fibre céramique est couramment utilisée pour le toit et la paroi du four et est classée en fonction de sa densité , puis de sa température maximale. Par exemple, 8# 2 300 °F signifie une densité de 8 lb/pi 3 avec une température nominale maximale de 2 300 °F. La température nominale de service réelle de la fibre céramique est légèrement inférieure à la température nominale maximale. (c'est-à-dire que 2300 °F n'est bon qu'à 2145 °F avant le retrait linéaire permanent).
Fondations
Les piliers en béton sont des fondations sur lesquelles le radiateur est monté. Ils peuvent être quatre nos. pour les petits radiateurs et peut aller jusqu'à 24 nos. pour les radiateurs de grande taille. La conception des piliers et de la fondation entière est effectuée en fonction de la capacité de charge du sol et des conditions sismiques prévalant dans la région. Les boulons de fondation sont scellés dans la fondation après l'installation de l'appareil de chauffage.
Portes d'accès
Le corps de l'appareil de chauffage est pourvu de portes d'accès à divers endroits. Les portes d'accès ne doivent être utilisées que pendant l'arrêt de l'appareil de chauffage. La taille normale de la porte d'accès est de 600x400 mm, ce qui est suffisant pour le mouvement des hommes/du matériel dans et hors de l'appareil de chauffage. Pendant le fonctionnement, les portes d'accès sont correctement boulonnées à l'aide de joints étanches à haute température.
Voir également
Les références
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Liens externes