Chauffage, isolation, ventilation, VMC, refroidissement...Amélioration Brûleur Fioul-Réduction NOx et CO-Flamme bleue

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Capt_Maloche
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Amélioration Brûleur Fioul-Réduction NOx et CO-Flamme bleue

Message non lupar Capt_Maloche » 11/04/08, 09:08

VOICI UN FIL DEDIE A L'AMELIORATION DES BRULEURS FIOUL, ISSU DE :
comprehension-injection-eau/dopage-moteur-a-l-eau-thermodynamique-t4883.html
CONCU ET REALISE PAR VOTRE SERVITEUR :D

Les résultats de ces essais sont une réduction drastique des imbrûlés (suies), une réduction sensible des NOx, du CO, et une augmentation du rendement voir chauffage-isolation/amelioration-bruleur-fioul-reduction-nox-et-co-flamme-bleue-t5172-60.html#p81989

je rappelle que mon objectif est de réemployer l'eau issue de la combustion du fioul afin de réduire les imbrûlés propres à ce type de chaudière :
Réaction de combustion parfaite du G.O. (l'azote n'est pas présent)
2 C16H34 + 49 O2 = 32 CO2 + 34 H2O

Voici le Rapport Officiel du montage

Le fioul étant pulvérisé liquide, de nombreuses goutellettes ne sont pas totalement brûlées, ou mal, d'où la grande quantité de suies générés par les brûleurs fioul en général. de plus la température élevée de la flamme (1800°C) produit beaucoups de NOx.

Le principe employé est celui du brûleur à "flamme bleue":
Image

OBJECTIF ATTEINT LE 19 AVRIL 2008, (voir en page 4)
RESULTAT PHOTO CI DESSOUS REALISE AVEC 8€ de matériel (1 gicleur neuf)

VOUS TROUVEREZ CI DESSOUS LES INSTRUCTIONS, FORT SIMPLES, DE MONTAGE:


RESUME : pour transformer un brûleur traditionnel en brûleur flamme bleue:

- Réduire de 2 tailles son gicleur ou plus si l'on veut augmenter le rendement de la chaudière (angle 60°) et aussi limiter la T° des fumées à 130°C maxi.
- Construire le tube d'induction en tôle ou autre à partir du gabarit posté ci dessous et le monter en retrait sur le tube du brûleur
- Reculer l'accroche flamme à fond afin d'augmenter la pression de soufflage
- Augmenter la pression de la pompe fioul

- Régler le debit d'air pour obtenir une T° flamme supérieur à 950°C et inférieur à 1300°C
T° de flamme inférieure à 950°C : production de CO
T° de flamme isupérieure à 1300°C : production de NOx
IL FAUT IMPERATIVEMENT UN APPAREIL DE MESURE DE CO

C'est tout !! et ça donne ceci :


Image
ABAISSEMENT DE LA T° DE FLAMME,
- PRATIQUEMENT PLUS D'IMBRULES ET RÉDUCTION DRASTIQUE DES SUIES
- AUGMENTATION DE L'ECHANGE DANS LE FOYER DE LA CHAUDIERE
- AMÉLIORATION DU RENDEMENT DE COMBUSTION, ET DONC ÉCONOMIE DE COMBUSTIBLE
- REDUCTION NOTOIRE DES POLUANTS CO et NOx

CO divisé par 9 !!
COV nul = 0 !!
NOx divisés par 20!!
ET EN PLUS, CA NETTOIE LA CHAUDIERE :shock:

Exactement comme le font les industriels en injectant de la vapeur d'eau .

VOIR LES RESULTATS DES MESURES ICI : chauffage-isolation/amelioration-bruleur-fioul-reduction-nox-et-co-flamme-bleue-t5172-60.html#p81989

Photo du montage du tube en tôle sur le brûleur, simple non? :D (la crasse, c'est lorsque mon montage provisoire mal fixé était tombé devant la tête du brûleur 8) )
Image
Développé du tube en tôle:
Image

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Réglage de " l'accroche flamme"

Voici un tête de brûleur traditionnelle (merci Loulou)
Image
En rouge le tube du brûleur, à noter cônique en extrémité
En bleu "l'accroche flamme"

Le déplacement de la tête (comprenant l'accroche flamme, le gicleur, les électrodes...) dans le tube du bruleur permet de modifier la pression de l'air avant l'accroche flamme, et de faire passer plus ou moins d'air par les ailettes de l'accroche flamme.

- En avant : + de pression, flamme plus courte et plus de turbulences (ce que nous recherchons)
- En arrière : - de pression, flamme plus longue

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

EXPLICATIONS :

Les produits de la combustion du fioul sont essentiellement du CO2 et de la vapeur d'eau

RAPPEL:
Réaction de combustion parfaite du G.O. (l'azote n'est pas présent)
2 C16H34 + 49 O2 = 32 CO2 + 34 H2O

La re-circulation des gaz brûlés permet :
- d'une part la réduction de la température de flamme sous le seuil des 1300°C afin de ne plus produire de NOx
- d'autre part, une augmentation du taux de brassage (mélange) carburant/comburant au coeur de la flamme
- l'injection gratuite de vapeur d'eau issue de la combustion du fioul au cœur de la flamme permettant les réactions ci dessous.
- la réaction suivante qui explique la réduction du CO en phase gazeuse selon l'équation réversible : CO + H2O <> CO2 + H2
- La réaction suivante qui permet l'élimination des particules de suies, le "gaz à l'eau" qui est un gaz de synthèse produit par action de l'eau sur du charbon (carbone) ou du coke incandescents : H2O + C = H2 + CO
- Un petit peu (Minime) de thermolyse, la vapeur d'eau commence sa dissociation thermique (thermolyse de l'eau) à partir de 800°C: 2H²O + Energie = 2H² + O²

La température de la flamme n'est pas homogène, plus chaude au centre et de plus en plus "froide" vers l'extérieur, la température "moyenne mesurée" sur le montage est de 1000°C avec un maximum estimé à 1600°C au centre (flamme jaune, d'où les quelques ppm de NOx mesurés) et un minimum sous les 900°C en couche limite (d'où les quelques ppm de CO mesurés)

Edit Capt_Maloche le 09/06/2009
Désormais j'en suis là concernant l'injection de vapeur d'eau:

Réaction de combustion parfaite du G.O. (l'azote n'est pas présent)
2 C16H34 + 49 O2 = 32 CO2 + 34 H2O

l'ajout de vapeur d'eau au début (important) du cycle de combustion permet une dépollution spectaculaire

en fait ce sont ces deux réactions archi connues qui expliquent ces résultats:
H2O + C = H2 + CO : les particules de suie incandescentes (les "malbrûlés") réagissent avec la vapeur d'eau, il faut pour cela une température supérieure à 950°C et si possible inférieure à 1300°C, d'où les difficultés rencontrés par nos testeur amateurs sur tous ces systèmes

CO+H2O<>CO2+H2 : Le CO issu de la première réaction et d'une combustion imparfaite réagit avec la vapeur d'eau pour fournir de l'hydrogène; la aussi la T° doit être supérieure à 950°C faute de quoi il y aura excédent de CO

H2+2O2<>2H2O : l'hydrogène produit par les deux premières réactions contribue à la réaction des imbrûlés, à maintenir l'explosion plus longtemps et donc à augmenter le rendement.

En gros, les imbrûlés sont convertis en énergie avant d'en devenir :D

REMARQUE IMPORTANTE:
le fait est aussi, que comme la vapeur d'eau est injectée en début de cycle de combustion, le C disponible qui n'a pas encore réagit (et qui aurait réagit dans le cycle normal) à le "choix", ce qui permet à la vapeur d'eau déjà présente d'agir selon la première réaction

l'avantage est aussi que le CO ainsi produit en cours de réaction est immédiatement transformé de part la deuxième équation!!

là où le montage permet une re circulation maximum,
là où les imbrûlés sont traditionnellement produits sur les flammes de brûleur fioul traditionnels

Sur le CO:
CO:
Ce gaz ici indésirable résulte de la combustion de matière carbonée dans des conditions

spécifiques de combustion incomplète. L'oxygénation du foyer reste insuffisante pour brûler

complètement les gaz formés à partir de la matière, mais la réaction est assez exothermique

pour élever et maintenir la température au delà de 950°C. Le monoxyde de carbone se forme

alors préférentiellement au dioxyde de carbone, selon l'équilibre de Boudouard.

Image
La variation d'enthalpie standard de cette réaction à 298 K vaut Delta r H° = 172,3 kJ.mol-1

Cette réaction est endothermique, elle est donc favorisée par une augmentation de la

température

sa métastabilité en dessous de 950 °C


un excès de recyclage des gaz brûlés (CO2 + H2O) entraîne une diminution de la T° de la flamme en dessous des 950°C fatidiques


Il faut donc régler ce type de brûleur en fonction de la T° de la flamme, soit avec une mesure de CO et de NOx

supérieur à 950°C et inférieur à 1300°C
T° de flamme inférieure à 950°C : production de CO
T° de flamme isupérieure à 1300°C : production de NOx


INFO:
PROCEDE ENREGISTRE A L'INPI JUIN 2008


P. MALOCHET
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

PREMIERS ESSAIS:

voici ce que j'ai bricolé il y a 15 jours en 2h00 sur mon brûleur fioul avec une simple tôle, Mon tube ainsi adapté fait 80mm de diamètre et 22cm de long hors tout:

Ci dessous l'ébauche de mon premier montage, pas assez d'induction
Image

à T° de fonctionnement égale (eau à 60°C) et réglages inchangés mes fumées sont passées de 110°C à 120°C (ce qui signifie plus d'énergie et sûrement moins d'imbrûlés) et ma flamme est devenues extrêmement lumineuse (beaucoup plus qu'avant), le tube de tôle devient rouge (aprés quelques secondes, tôle 10/10ème oblige) car la combustion du mélange commence au niveau des entrées d'air du tube (la flamme accroche juste après les ouïes que j'ai pratiqué) en fait d'ouïes le tube est totalement ouvert à sa base et tient par 4 pattes de 10mm

Image

Image

Juste aprés l'arrêt du brûleur:
Image

La flamme sort d'encore 20 bon centimètres aprés le tube ce qui signifie que les goutelettes sont loin d'être toutes vaporisées à l'intérieure

A force de rougir, la tôle s'est désagrégée, mais seulement sur le côté gauche... il me faudra un autre matériaux qui résiste à 900°C dans le temps

Je vais donc réitérer avec un modèle permettant beaucoup plus d'induction en doublant la surface du tube, soit 113mm, comme ceci :
Image
Je vais reculer l'accrocheur de flamme afin de générer une flamme plus courte

J'essais de faire ça dans la semaine, peut être ce soir :)

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Autre voie en complément du montage ci dessus, préchauffer le fioul, ce qui ne semble pas être la meilleure solution pour supprimer les particules d'imbrûlés
Dernière édition par Capt_Maloche le 09/06/09, 12:37, édité 23 fois.
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Message non lupar Capt_Maloche » 11/04/08, 09:27

Voici ce que ça donne avec un tube de section double comme dessiné ci dessus, l'accrocheur de flamme reculé au maximum, débit d'air inchangé:
Image
on ne le voit pas sur la photo, mais il y a un beau halo bleu pâle
T° des fumées toujours à 120°C

Notez aussi que le tube (tôle acier 10/10ème de mm) est beaucoup moins rouge que sur le précédent modèle, protégé par l'induction des gaz recyclés autours de la flamme centrale.

si j'ajoute un peu d'air, la flamme devient totalement bleue, mais la sécurité de présence de flamme coupe l'électrovanne de fioul car la cellule ne détecte pas les UV

il faudrait pour cela que je la remplace par un modèle pour brûleur gaz

CONCLUSIONS:
- Ce montage permet une induction optimale des gaz dans le foyer, soit le double de surface du tube du brûleur permettant un débit de gaz recyclés à peu près égal au débit d'air neuf soufflé par le brûleur.
- Sans modification de débit de fioul et d'air, la couleur de flamme vire au bleu, démonstration que tout le carburant liquide est parfaitement évaporé, que les imbrûlés et les suies sont réduites de manière drastique
- La re-circulation des gaz brûlés améliore l'évaporation des gouttelettes de fioul

Content le Maloche :D

QUID du rôle de la vapeur d'eau issue de la combustion et recyclée dans la flamme?
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Message non lupar Capt_Maloche » 11/04/08, 09:28

Manix07 a écrit :Captain
La flamme sort d'encore 20 bon centimètres après le tube ce qui signifie que les gouttelettes sont loin d'être toutes vaporisées à l'intérieure

A force de rougir, la tôle s'est désagrégée, mais seulement sur le côté gauche... il me faudra un autre matériaux qui résiste à 900°C dans le temps


Depuis quelques temps j’ai pensé comme toi, si on crée un creuset réfractaire dans lequel passe la flamme et qu’on recycle une partie des imbrûlés, le Sipror étant un isolant thermique la température de flamme doit augmenter pas mal par concentration et vaporiser la totalité du fuel.
J’ai l’intention de confectionner ce four dans un petit bloc de béton cellulaire percé entre 80 et 100mm. Fixation et réglages à affiner.
J’ai bricolé un peu ton dessin uniquement dans le but de simplifier la compréhension.
Idée à suivre.
J’avais préparé ce post cet après midi et je m’aperçois que tu as fait du chemin depuis ce matin. Alors content ???
Image


Oui, ça peut être une bonne idée, je ne sait pas si ce type de matériaux est auto porteur (s'il a besoin d'une armature ou d'un support) mais il permettrait de s'adapter à n'importe quel diamètre

Parceque ce montage pourrait être fixe dans la chaudière et façiliter ainsi la maintenance, ceci dit, il pourrait aussi s'agir d'acier réfractaire ou simplement d'un tube acier de chauffage, un tube 105/114mm d'épaisseur 4.5mm

Je ne sais pas si tu as vu la photo ci dessus, mais avec un tube de section double au diamètre du brûleur et une ouverture périphérique de section égale pour les gaz recyclés, la longueur de flamme est réduite de moitié.

Pour l'instant, mon bricolage est accroché sur le tube du brûleur, et le brûleur est monté sur un panneau charnière en façade de la chaudière,

Je vais voir ça avec un pote chauffagiste

Bien sûr que je suis content, je pollue moins :D , et l'objectif N°1 "réduire voir supprimer les rejets de particules imbrûlées dans l'atmosphère" est atteint...en à peine 4h d'essais

REFLEXION : il est possible que l'élévation de 10°C des températures de fumées soit dûe à la réduction de rayonnement direct dans le foyer...
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Message non lupar Capt_Maloche » 11/04/08, 09:31

jonule a écrit : salut capt, bravo pour tes expérimentations, je m'en vais te suivre de ce pas !

dis voir quelques questions :
- tu n'as pas peur que la flamme soit trop loin physiquement dans le corps de chauffe, en le décalant de 22cm ?


Merci Jonule :D

Pas de risque, ce montage raccourcit la flamme de moitié !!
la flamme n'est pas décalée, elle est cantonnée dans le tube boostée par les gaz chaud recyclés

si j'ai choisi un tube de 22cm, c'est que je ne pouvais pas en monter un plus long pour pouvoir refermer le panneau :cheesy:, un tube long de 4 à 5 fois le diamètre du brûleur est idéal , mais pour cela il faut le laisser fixe dans le foyer. (dans mon cas ce serait environs 32cm)

jonule a écrit :- comment accroches tu ton tube sur le bruleur ? tu le fixe dessus ? tu laisses un espacement comme le fait André et son bruleur à boule (grandes similitudes ;-) ou tu fais des trous dedans ? peux tu ré-expliquer ton equation de calcul pour le diamètre et les entrées d'air ?


J'ai fabriqué mon tube à partir d'une plaque de tôle, regarde le dessin posté ci avant et ce schéma de principe:
Le tube une fois "roulé" est fixé avec un simple serflex par 4 pattes sur le tube du brûleur

Dévellopé du tube induction
Image
Montage du tube
Image
Le diamètre ext. de mon tube de brûleur est 8cm (r1=4cm) et S1= 4² x 3,14=50,24 cm²
Je veux fabriquer un tube de surface double S2, soit S2= 2 x S1 = 2 x 50,24 =100,48 cm² ---> r2 = racine(100,48/3.14) = 5.65cm
D2 = 11,3 cm de diamètre

il faut ensuite que la surface des ouvertures pour les gaz recyclés (induits) soit égale à S1, cela correspond en fait à l'éloignement du montage du tube du brûleur, c. à d. S2/P2(périmètre) dans mon cas 100,48/(3.14x11.3)=2,8cm.

jonule a écrit :- je crois avoir entendu que pour une flamme fioul il faut régler l'air pour que la flamme soit blanche, mais le bleu chauffe bien +.

oui, sans recyclage, il faut une flamme bien brillante, mais bonjour les particules...

jonule a écrit : - le réchauffage du fioul améliore aussi la conso; tu as bien raison de travailler dessus; bon je te parlerai bien des économiseurs magnétiques à placer juste avant le bruleur ;-)

J'ai essayé les néodymes sur mon alimentation fioul: NADA

Réchauffer le fioul est de loin la meilleure solution mais pose des problèmes de mise en oeuvre et de sécurité, idéalement il faudrait le réchauffer vers les 200°C mais pas plus, sinon création de coke.

jonule a écrit :- es tu intéressé par une sorte de vortex pour l'alimentation en air / turbulences ?

Pourquoi pas, mais les "accrocheurs" de flamme fournis avec les brûleurs ont été étudiés par les constructeurs pour offrir un mélange air fioul relativement homogène

jonule a écrit :- crois tu qu'un gicleur + fin fais une meilleure pulvérisation / économie, mais fais forcer le bruleur ?

ça oui, tu peux par exemple réduire d'une taille la taille de ton gicleur et augmenter (un peu, par exemple de 9 à 12bar) la pression de ta pompe fioul pour pulvériser plus fin, sans bobo pour ton brûleur, les gicleurs sont conçus pour 10 bar (respect du débit et de l'angle de pulvérisation)

c'est dailleurs ce qu'il faudra recommander avec ce montage puisque je pense que la réduction du rayonnement dans le foyer de la chaudière nécessite de réduire un peu le débit de fioul.
Dernière édition par Capt_Maloche le 06/06/08, 11:15, édité 1 fois.
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Message non lupar fc89 » 11/04/08, 14:07

Bonjour Capt,

Pas mal ton expérience!

Tu dis:

c'est dailleurs ce qu'il faudra recommander avec ce montage puisque je pense que la réduction du rayonnement dans le foyer de la chaudière nécessite de réduire un peu le débit de fioul.


Pour récupérer le rayonnement, puis je te soumettre ceci:
Utiliser le tube en verre trempé d'un poële à pétrole.
Enlever une partie des éléments en métal.
Peut être pas tous, car il pourrait finir la combustion des imbrûlés.
Et produire de l'infra rouge
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Message non lupar Christophe » 11/04/08, 14:57

J'ai pas tout suivi (rien du tout en fait...je vais me ratrapper) mais pkoi voulez voulez utilisez du béton cellulaire et pas de la brique réfractaire?

Le béton cellulaire est "très" friable et je doute qu'il resiste longtemps...aux vibrations surtout...

:?:
Dernière édition par Christophe le 11/04/08, 15:17, édité 2 fois.
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Message non lupar Christophe » 11/04/08, 15:09

Ayé je me suis 1 peu rattrapé, 1er question: dans le titre tu parle d'un bruleur Anti Nox or ils augmentent avec la T° de flamme...ce qui semble contradictoire avec tes constatations ou la T° des gaz de combistion augmente...

C'est con j'ai une chaudière mazout mais elle sert pas sinon j'aurais bien fait quelques expériences...bon l'un n'empeche pas l'autre bien au contraire (surtout que j'ai un probleme de gicleur...)
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Message non lupar Capt_Maloche » 11/04/08, 15:59

fc89 a écrit :Bonjour Capt,

Pas mal ton expérience!
Tu dis:
c'est dailleurs ce qu'il faudra recommander avec ce montage puisque je pense que la réduction du rayonnement dans le foyer de la chaudière nécessite de réduire un peu le débit de fioul.

Pour récupérer le rayonnement, puis je te soumettre ceci:
Utiliser le tube en verre trempé d'un poële à pétrole.
Enlever une partie des éléments en métal.
Peut être pas tous, car il pourrait finir la combustion des imbrûlés.
Et produire de l'infra rouge
A+


c'est une bonne idée, mais un peu complexe à mettre en oeuvre, va trouver le bon diamètre :D
Le but est de faire des économies, et comme aprés ce montage les gaz fumées sortent plus chaud de l'échangeur (foyer) il faut réduire la puissance pour limiter les pertes par les fumées, et du coups faire une économie d'énergie!

Christophe a écrit :Ayé je me suis 1 peu rattrapé, 1er question: dans le titre tu parle d'un bruleur Anti Nox or ils augmentent avec la T° de flamme...ce qui semble contradictoire avec tes constatations ou la T° des gaz de combistion augmente...

C'est con j'ai une chaudière mazout mais elle sert pas sinon j'aurais bien fait quelques expériences...bon l'un n'empeche pas l'autre bien au contraire (surtout que j'ai un probleme de gicleur...)


Ah oui, je comprend ta question : ce ne sont pas la T° de combustion qui augmente mais la T° moyenne des gaz dans la chaudière = gaz de combustion + gaz recyclés; le résultat c'est que pour une même capacité d'échange de la chaudière, les T° de fumée sortent plus chaud, ce qui signifie qu'il y a plus d'énergie à la source

Eh bien, le fait de recycler des gaz brûlés moins chaud et pauvre en oxygène fait chuter la T° moyenne de la flamme, comme une vanne EGR
Suffit de voir la différence de couleur de mon tube entre le premier montage rouge vif et le 2ème celui qui sert maintenant de référence à peine rouge sombre.

Problème de gicleur? change le :cheesy:

oui pour du béton réfractaire avec une armature métallique intérieur
Dernière édition par Capt_Maloche le 11/04/08, 16:12, édité 1 fois.
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Message non lupar Christophe » 11/04/08, 16:11

Euh je comprends pas (je prends le train en march...forcément...) ou est le 2ieme montage (ou le 1er?) ?

De toute facon y a que une chose à faire pour mesurer la T°: une bonne sonde K :)

Pour le capteur de flamme: je crois qu'il y a 2 type de capteur (au moins): optique et à ionisation.
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Message non lupar Capt_Maloche » 11/04/08, 16:18

Eh ! faut lire un peu, ce n'est pas un sujet qui se survole! tout est sur une page ci dessus

Je viens de modifier le texte de mon précédent message, il est plus clair maintenant

Montage 1 : tube de section égale au tube brûleur :

Image

Montage 2 : tube de section double au tube du brûleur, débit gaz recyclés = débit air neuf
Image

tu ne vois toujours pas la différence?

et pour ceux qui ne savent pas à quoi ressemble un brûleur Fioul:
Image

Le tube dont le gabarit se trouve un peu avant se monte sur le tube du brûleur
Dernière édition par Capt_Maloche le 11/04/08, 16:25, édité 1 fois.
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