Quels sont les différents types de brûleurs et comment fonctionnent-ils ?

Les brûleurs sont nécessaires au fonctionnement de vos chaudières ou de vos chauffe-eaux. Ils permettent, en effet, d’assurer le mélange du combustible avec de l’air chargé d’oxygène et de produire, ainsi, la chaleur.

Quels sont les avantages et les inconvénients des brûleurs ?

Cela dépend de leur type de technologie.

Dans ce qui va suivre, nous allons essayer de répondre aux différentes questions qui peuvent concerner les brûleurs.

brûleurs

 

Sommaire

 

I. Quel est le rôle des brûleurs ?

Le brûleur est un élément mécanique qui permet d’assurer la production de chaleur. Son principe de fonctionnement repose sur la combustion. En effet, les brûleurs assurent le mélange entre le combustible et le carburant.

Le combustible peut être gazeux, liquide ou solide. Le carburant est généralement de l’air qui contient, naturellement, de l’oxygène.

Afin que la combustion soit optimale, c’est-à-dire engendrant le moins possible de polluants et d’imbrûlés, un bon réglage est nécessaire.

 

II. Quelle est la composition des brûleurs ?

1. Un aperçu général sur la composition des brûleurs

Les brûleurs contiennent un injecteur qui résiste à de hautes températures. Le fluide injecté permet de produire de la chaleur. Il s’agit du combustible qui s’enflamme dès sa sortie. De plus, la chaleur peut être utilisée directement (comme dans le cas d’un brûleur de réchaud, d’étuve, de chaudière ou de chauffe-eau) ou indirectement (à titre illustratif, pour engendrer un travail mécanique dans le cas d’un moteur thermique).

Afin d’allumer les brûleurs, on utilise souvent un brûleur d’allumage (dans le cas d’un gros brûleur industriel) ou une étincelle électrique.

 

2. La composition en détails d’un brûleur pour chaudière fioul et le rôle de chaque élément

On distingue, essentiellement, 7 éléments qui constituent le brûleur : la pompe à fioul, l’électrovanne, le ventilateur, le gicleur, les électrodes, le réchauffeur de fioul et la tête de combustion.

 

2.1. La pompe à fioul

Elle permet d’alimenter la chaudière à fioul. La pompe dispose d’un raccordement reliant la cuve de stockage au brûleur.

Afin d’éviter le manque d’approvisionnement, ou au contraire, son surplus, un régulateur de pression favorise l’adaptation de l’alimentation en fioul et permet d’assurer un bon rendement de la combustion.

 

2.2. L’électrovanne

Elle fonctionne automatiquement. C’est une vanne qui contrôle l’alimentation en fioul du gicleur pour lui assurer la quantité de combustible nécessaire à la combustion.

 

2.3. Le ventilateur

Le ventilateur peut fournir l’air nécessaire à la combustion. Il permet, en effet, de faciliter l’accès de l’air à la flamme.

Grâce à ce système, l’air rencontre peu d’éléments de résistance ce qui permet d’atteindre facilement la chambre de combustion du brûleur.

 

2.4. Le gicleur

Le gicleur favorise le bon fonctionnement du brûleur. En effet, il permet d’envoyer le fioul de manière éparse.

Ce dernier est dispersé sous forme de gouttelettes. Ainsi, il se mélange plus aisément à l’air et alimente une combustion au rendement élevé.

 

2.5. Les électrodes

Les électrodes permettent d’alimenter la flamme du brûleur.

 

2.6. Le réchauffeur de fioul

Le réchauffeur de fioul permet de chauffer le fioul (connu par sa viscosité) et de le rendre plus liquide pour une combustion plus facile.

 

2.7. La tête de combustion

La tête de combustion comprend un embout et un déflecteur. Le rôle du premier élément est de guider la flamme. Le rôle du deuxième est de s’assurer que la flamme du brûleur ne s’éteigne pas.

 

III. Les combustibles possibles

Le combustible peut être de :

  • Propane ;
  • Fioul ;
  • Méthane (gaz naturel) ;
  • Butane ;
  • Dihydrogène
  • Déchets en biomasse broyée et granulés de bois ;
  • Charbon pulvérisé ;
  • Huile (fossile, végétale, animale) ;
  • Déchets (dans les brûleurs de cimenterie par exemple).
  • Etc.

 

IV. Quelles sont les différentes technologies de brûleurs gaz ?

1. Les brûleurs atmosphériques

Les brûleurs atmosphériques sont associés aux chaudières atmosphériques au gaz. Cette technologie est en réelle régression de par les avantages des autres types. Elle n’existe même plus dans les nouvelles installations. Cependant, puisqu’on peut la trouver dans les anciennes, jetons un coup d’œil sur leur fonctionnement.

 

1.1. Un aperçu sur le fonctionnement des brûleurs atmosphériques

  • L’alimentation se fait grâce à l’air, entraîné dans un venturi via un jet de gaz au niveau des injecteurs.
  • Le rétrécissement dans le tube mélangeur permet d’augmenter la vitesse du gaz ;
  • Cela permet de créer une dépression aspirant une partie de l’air comburant (air primaire) et le mélange au gaz.
  • Le mélange air-comburant-gaz débouche au niveau d’un ensemble de trous disposés sur la même ou plusieurs rampes.
  • L’allumage du mélange se fait grâce à une veilleuse ou à un système électrique qui peut être une étincelle ou une électrode incandescente.
  • Le complément d’air (air secondaire) nécessaire à la combustion est aspiré au niveau de la flamme grâce à l’induction, autrement dit, par convection naturelle.
  • Les éléments du brûleur (rampes, tube de mélange, injecteurs, etc.) doivent s’adapter l’un à l’autre pour une combustion stable et sans retour de flamme, d’où l’inefficacité des possibilités de réglage pour ce type de brûleurs.

 

1.2. Les inconvénients des brûleurs atmosphériques

Les brûleurs atmosphériques ont un seul avantage. Il s’agit de la simplicité du système. En ajout, la puissance du brûleur peut atteindre les 1 MW. Toutefois, les inconvénients sont multiples :

  • Il n’y a pas une fermeture automatique du foyer lors de l’arrêt du brûleur ;
  • L’excès d’air est très important ce qui engendre un mauvais rendement ;
  • Le manque de modulation ;
  • Une importante production de NOx.

 

1.3. Les composants du brûleur gaz atmosphérique

  • Moteur ;
  • Transformateur ;
  • Pressostat mini air (brûleur 1 allure) ;
  • Moteur volet d’air ;
  • Boîte de contrôle ;
  • Pressostat mini air (brûleur 2 allures) ;
  • Électrovanne de sécurité ;
  • Électrovanne (2e allure) ;
  • Pressostat mini gaz ;
  • Régulateur de pression ;
  • Electrodes ;
  • Electrovanne (1ère allure).

 

2. Les brûleurs à air pulsé

Ils ont fait apparition après les brûleurs atmosphériques et présentent de meilleures performances énergétiques. Cela est dû à un meilleur potentiel de modulation en puissance et à un meilleur contrôle de l’excès d’air.

 

2.1. Les composants du brûleur gaz à air pulsé

  • Bobinage ;
  • Noyau mobile ;
  • Armature concentrant le champ magnétique ;
  • Clapet de fermeture ;
  • Corps de vanne ;
  • Réglage de débit ;
  • Siège du clapet ;
  • Ressort ;
  • Partie métallique non conductrice de champ magnétique.

 

2.2. Un aperçu sur les brûleurs à air pulsé

Les brûleurs gaz à air pulsé permettent de fournir l’air comburant et le gaz dans des proportions correctes. Cela assurera une combustion efficace.

Le gaz et l’air comburant se mélangent au niveau de la tête de combustion. Le pré-mélange n’existe pas.

D’autre part, un ventilateur permet l’alimentation en air. En effet, il puise l’air ambiant de la chaufferie.

Par ailleurs, l’alimentation en gaz se fait par le biais d’une électrovanne ainsi que des régulateurs de pression.

 

3. Les brûleurs à pré-mélange

L’apparition de ces brûleurs suit celle des brûleurs à air pulsé. Le brûleur à pré-mélange est équipé de ventilateur. Il permet d’atteindre une plage plus large de modulation que les autres types, et ce dès les faibles puissances installées. En ajout, il est moins cher que le brûleur pulsé.

Cependant, pour des niveaux de puissance plus importants, ces brûleurs ne se trouvent pas efficaces. Il sera ainsi nécessaire d’avoir recours à une chaudière gaz à air pulsé.

 

3.1. Un aperçu sur les brûleurs à pré-mélange

  • Ce sont une suite des brûleurs atmosphériques. Leur objectif est d’éviter les imbrûlés ainsi que la production de CO. Ils fonctionnent avec un excès d’air très important ce qui engendre une importante production de NOx.
  • L’air se mélange au gaz dans une chambre de pré-mélange, avec ou sans ventilateur ;
  • Ensuite, le mélange est réparti sur une surface d’accrochage. Il peut s’agir, par exemple, d’un treillis métallique où se développe la flamme ;
  • On parle de pré-mélange total quand tout l’air de de combustion est fourni ;
  • Si un air secondaire doit être fourni, on parle de pré-mélange partiel.

 

3.2. Les brûleurs à pré-mélange sans ventilateur

Le pré-mélange permet l’affinement du dosage entre le gaz et l’air. Cela assure, ainsi, la diminution de l’excès de l’air.

En outre, la surface d’accrochage peut être étudiée pour permettre l’augmentation de la surface des flammes et la diminution de leur longueur. Cela permet d’améliorer le rendement de combustion et de diminuer les émissions polluantes, notamment, celles de NOx.

 

3.3. Les brûleurs à pré-mélange avec ventilateur

Le ventilateur permet de :

  • Mieux contrôler le débit d’air et, par conséquent, le mélange gaz / air ;
  • Faire face aux pertes de charge des foyers et des brûleurs, notamment, dans le cas des chaudières à condensation ;
  • Freiner le mélange gaz / air par un clapet, faire varier la vitesse du ventilateur et moduler la puissance du brûleur ;
  • Avoir des plages de puissance plus larges que celles des brûleurs à air pulsé.

 

Remarque

La chaudière et le brûleur pulsé peuvent être achetés séparément. Par contre, les chaudières atmosphériques et  pré mélange sont des appareils de type « unit ». En d’autres termes, ils sont des éléments indissociables.

Ainsi, les brûleurs pulsés peuvent changer de combustible (mazout ou gaz).

 

4. Les brûleurs mazout ou les brûleurs low-NOx

Les brûleurs mazout sont multiples : à flamme bleue, à flamme grise (low-NOx), etc. Ce sont des brûleurs modernes qui permettent d’améliorer la combustion et de limiter les émissions de CO et des dioxydes d’azote. Ils permettent aussi de réduire la formation de suie ce qui contribue à la préservation de l’environnement.

D’autre part, leur entretien se trouve beaucoup plus facile.

 

4.1. Les brûleurs à flamme jaune

Le brûleur à flamme jaune représente le brûleur traditionnel. Il a été bien amélioré ces dernières années, toutefois, un réglage correct sera nécessaire pour un meilleur rendement et pour moins d’émissions polluantes.

 

4.2. Les brûleurs à flamme bleue

Le brûleur à flamme bleue est très répandu. Il n’émet presque pas de CO ou de suie vu que la quasi-totalité du combustible est consommée.

Par ailleurs, la couleur bleue de la flamme est due à la gazéification du mazout.  D’autre part, la flamme affiche une basse température permettant la réduction de la production du NOx.

Le point fort de ce type de brûleurs est la recirculation externe et interne des gaz de combustion : NOx à l’extérieur, suie et CO à l’intérieur.

 

4.3. Les brûleurs à flamme grise ou low-NOx

Ils mélangent le combustible et l’air de manière à générer une flamme plus grande. Les températures maximales de la flamme sont réduites et on note la présence de moins d’oxygène. La formation de NOx est alors ralentie tout en gardant une combustion efficace.

 

Remarque

Le fonctionnement des chaudières à gaz est similaire à celui des chaudières fioul. La différence est au niveau de la composition du brûleur d’où les types de technologies cités en haut.

 

Conclusion

Maintenant que vous avez une idée sur les types et le fonctionnement des brûleurs, n’oubliez pas de prendre cela en considération avant d’acheter votre chaudière.

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Faïez MAALOUL

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