CHAUDIÈRE à GRANULÉS
Vidéos d'introduction (OKOFEN)
Principe de fonctionnement
Il existe une multitude de chaudières à granulés, plus ou moins automatisées, utilisant des techniques d'approvisionnement en granulés, de gestion de combustion, de décendrage et de nettoyage de l'échangeur différentes.
Le fonctionnement décrit ci-dessous n'est propre qu'à la chaudière à granulés de l'illustration.
Cette chaudière est modulante, avec décendrage automatique, nettoyage manuel de l'échangeur et réservoir intégré à remplissage manuel.
Chaudière Smart PK - HARGASSNER
Chaudière Smart PK - HARGASSNER
Ici, les granulés sont transférés du réservoir « 11 » jusqu'au foyer, grâce au motoréducteur « 16 »
Il entraîne directement la vis sans fin « 6 », et simultanément l'écluse rotative « 12 », à l'aide d'un engrenage à chaine
Les granulés arrivent ainsi directement sur la grille de décendrage « 2 ».
Cette écluse de sécurité empêche tout retour de flamme du foyer vers le réservoir.
Le détecteur de niveau bas « 15 » signale lorsqu'il faut remplir le réservoir.
L'extracteur de fumée « 10 » amorce le tirage et aspire de l'air de combustion par l'arrivée d'air « 14 », à travers la grille de décendrage « 2 » (air primaire) et le trou d'arrivée d'air secondaire « 3 ». jusqu'à la buse « 17 » ( sortie des fumées ).
L'allumeur automatique « 3 » ( résistance électrique de 300 W) commence à chauffer les granulés jusqu'à une température supérieure à 250°C.
La flamme apparaît alors dans le foyer.
L'air primaire permet le séchage, la pyrolyse et la combustion des granulés, alors que l'apport en air secondaire permet d'enflammer les gaz combustibles s'échappant de la pyrolyse du granulé ( voir "Les 3 étapes de la combustion du bois" ).
La chaleur qui se dégage de la combustion permet de chauffer l'eau de chauffage contenue dans l'échangeur « 8 ».
La sonde "lamba" « 13 » surveille en permanence le taux d'oxygène contenu dans les fumées de combustion, afin d'adapter la vitesse de rotation de l'extracteur de fumée.
Cela permet d'avoir une combustion propre, quelque soit la puissance utilisée par la chaudière, lorsque cette dernière est "modulante".
La rotation manuelle ou automatique de l'axe « 9 » permet la translation des turbulateurs dans les tubes de fumée, ce qui permet de râcler et nettoyer les parois de l'échangeur.
Le vérin « 18 » permet la translation de la grille coulissante et la vidange des cendres dans le cendrier ( décendrage automatique ).
Alimentation du foyer en granulés
La grille de combustion peut être alimentée en pellets :
- soit par une vis sans fin, latéralement ou par dessous la grille. Dans ce dernier cas, on parle de foyer "volcan".
- soit par gravité, par le dessus du foyer
La sécurité anti-retour de flamme, entre le foyer et le réservoir peut être assuré soit par un clapet, une vanne, une écluse, un système de double écluse, ou encore un système combinant plusieurs de ces sécurités.
Alimentation des granulés par gravité,
avec clapet de sécurité
Chaudière "PE1 Pellet" - FRÖLING
Alimentation des granulés par dessous,
par vis sans fin
Chaudière "Pellematic" - OKOFEN
Alimentation latérale des granulés, par vis sans fin, avec vanne de sécurité
Chaudière "Pellematic Home" - OKOFEN
Double écluse de sécurité
Chaudière PT4e - FRÖLING
ALLUMAGE AUTOMATIQUE
L'allumage de la chaudière est réalisé par une résistance électrique qui chauffe à plus de 250°C l'air soufflé sur les granulés par le ventilateur.
Résistances d'allumage
FRÖLING PE1
Résistance d'allumage céramique
ETA
RÉGULATION DE COMBUSTION
Sur une chaudière à granulés, différentes sondes peuvent contrôler la combustion :
- la sonde "LAMBDA"
- la sonde de flamme
- la sonde de fumées
- la sonde de pression
La régulation va pouvoir maintenir en permanence une bonne répartition air primaire / air secondaire / quantité de granulés, en agissant intelligemment :
- soit sur la vitesse de rotation du ventilateur,
- soit sur le degré d'ouverture d'un volet d'air motorisé,
- soit sur le débit en granulés de la vis sans fin
- soit sur plusieurs de ces composants en même temps
Cette combustion optimale, plus propre, réduit la consommation des granulés et les émissions de particules fines dans les fumées.
Les appareils les plus performants combinent plusieurs technologies de sondes et peuvent ainsi «moduler» la puissance de la flamme entre 30% et 100% de leur capacité, sans perte de rendement.
Remarque : Ces sondes sont indispensables lorsqu'on veut faire varier la puissance, et parfois nécessaire lorsque le granulé tombe dans le foyer par gravité, donc perturbe la combustion.
La qualité constante du granulé de bois permet de s'en passer sur certaines chaudières si :
- elles fonctionnent à puissance constante ( sans "modulation" )
- et si le granulé arrive dans le brasier par le dessous ou latéralement, « en douceur ».
La sonde "LAMBDA"
La sonde "Lambda" permet de mesurer le taux d’oxygène dans les fumées de combustion.
La régulation peut alors obtenir en permanence un taux d'O2 compris idéalement entre 5% et 8%.
Elle permet aussi de détecter la réussite de l'allumage et de couper aussitôt l'alimentation de la résistance d'allumage, donc de réduire la consommation électrique de la chaudière.
Sonde "lambda"
KWB
Sonde "lambda"
FRÖLING
La sonde de flamme
On considère que la combustion des granulés est complète lorsque la température avoisine les 700°C dans le foyer. La sonde de flamme mesure cette température. La régulation peut ensuite adapter la vitesse de rotation du ventilateur, pour maintenir cette température de combustion optimale, quelque soit la puissance de la chaudière.
Elle permet aussi de détecter la réussite de l'allumage et de couper l'alimentation de la résistance d'allumage au bon moment, donc de réduire la consommation électrique de la chaudière.
Chaudière PELLEMATIC - OKOFEN
La sonde de fumée
Elle mesure la température des fumées émises par la combustion. Une température excessive est synonyme d'excès d'air et nécessitera la réduction de la vitesse du ventilateur.
A contrario, une température insuffisante est le reflet d'un manque d'air qui devra être corrigé par l'augmentation du débit du ventilateur.
Pressostat ou Capteur de pression
Un simple pressostat peut détecter le débit d'air et donc le bon fonctionnement du ventilateur, et mettre la chaudière en sécurité lorsque le tirage n'est pas suffisant, comme sur les chaudières gaz à ventouse.
Sur les chaudières plus haut de gamme, le pressostat est remplacé avantageusement par un capteur de pression ( ou "transducteur de pression"), qui peut en plus mesurer avec précision la valeur exacte de la pression du foyer ou du tirage à la buse. Ces valeurs peuvent alors être maintenues constantes pour une meilleure combustion, par action sur la vitesse de rotation du ventilateur.
Pressostat différentiel
Capteur de pression différentiel HUBA Control
pour chaudière FRÖLING PE1
DÉBITMÈTRE ( Capteur de Flux )
Positionné dans le flux de l'air comburant, il permet d'en mesurer le débit avec précision.
Une sonde de flamme ou une sonde "Lambda" règle une combustion optimale.
Lorsque la combustion optimale est atteinte, la régulation contrôle ce débit mesuré, ainsi que la vitesse de rotation de la vis sans fin alimentant le foyer en granulés.
Pour faire moduler la puissance de la flamme, au fur et à mesure que la vitesse de la vis sans fin diminue, la régulation agit sur la vitesse de rotation du ventilateur, afin de conserver la même proportion débit d'air / vitesse rotation vis sans fin.
La régulation conserve ainsi le réglage de combustion optimale lors de la modulation de puissance. Cela évite le temps de réaction plus ou moins long de la sonde de flamme ou de la sonde "Lambda".
Carte débitmètre air
pour Chaudière P4 - FRÖLING
Débitmètre air
pour poêle à granulés - EDILKAMIN
VENTILATEUR de TIRAGE (ou extracteur de fumées) avec moteur EC
Afin de faire varier avec finesse et précision sa vitesse de rotation, ce ventilateur doit être équipé d'un moteur à courant continu.
Le moteur à courant continu traditionnel est équipé de balais à charbon, car son rotor, partie du moteur entraînée en rotation, est équipé d'un bobinage électrique qui doit être alimenté en permanence. Pour cela, des balais à charbons, reliés au stator, partie fixe du moteur, sont en contact permanent avec le rotor et subissent le frottement dû à sa rotation. Ces balais à charbons s'usent et sont à contrôler et à remplacer régulièrement.
Plus moderne, le moteur EC, moteur à courant continu sans charbon, permet de se dispenser des contrôles d'usures et du remplacement éventuel des balais à charbon.
Equipé d'un contrôleur électronique intégré qui le rend plus performant, ce type de moteur a l'avantage de consommer beaucoup moins d'électricité et d'être bien plus silencieux.
Remarque : On peut trouver des moteurs à courant continu à balais à charbon sur les moteurs d'aspiration de granulés, permettant de remplir le silo intermédiaire de la chaudière à partir d'un silo déporté plus gros.
Ventilateur de tirage équipé de moteur EC
EPE K 16 - ETA
Turbine d'aspiration, équipée d'un moteur à courant continu, avec balais à charbon
FRÖLING P4, ancienne génération
DÉCENDRAGE AUTOMATIQUE
Le décendrage automatique de la grille de combustion peut se faire par grille coulissante, s'ouvrant comme un tiroir, grâce à la tige d'un vérin. Les cendres tombent dans le cendrier, par le trou laissé par le retrait de la grille.
Grille coulissante en position fermée,
tige vérin sortie
FRÖLING « PE1 Pellet »
Grille coulissante en position ouverte,
tige vérin rentrée
FRÖLING « PE1 Pellet »
Il peut aussi se faire grâce au pivotement de la grille de combustion...
Grilles en position "combustion"
HARGASSNER "ECO PK"
Grilles pivotantes en position "décendrage"
HARGASSNER "ECO PK"
...ou encore par soulèvement successif des différents segments d'une assiette ou grille de combustion.
Ce mouvement est provoqué en continu par un engrenage, entraîné en rotation par la vis de décendrage.
Assiette de décendrage en inox
à segments mouvants
OKOFEN "PELLEMATIC"
Engrenage permettant le soulèvement successif
des segments mouvants
OKOFEN "PELLEMATIC Condens"
Une fois la grille de combustion nettoyée, les cendres peuvent rester dans le petit cendrier dans lequel elle sont tombées, ou être acheminées par une vis sans fin dans un cendrier permettant une plus grande autonomie entre deux vidages.
Convoyeur à is sans fin,
permettant d'acheminer les cendres vers un grand cendrier
Chaudière "Pellematic Condens" - OKOFEN
NETTOYAGE MANUEL ou AUTOMATIQUE de L'ÉCHANGEUR
La surface intérieure des tubes de fumée de l'échangeur doit être nettoyée manuellement par l'utilisateur, par action sur un levier qui permet de faire coulisser les turbulateurs dans l'échangeur. Les turbulateurs râclent ainsi la surface d'échange et la débarrasse des résidus de combustion.
Mais ce nettoyage peut aussi se faire automatiquement, en continu, lors de la combustion, sans aucune intervention humaine.
SERVOMOTEUR ROTATIF, avec POSITIONNEUR et RAPPEL par RESSORT
Sur une chaudière à granulés, ce type de servomoteur peut être utilisé :
- pour actionner le système de nettoyage automatique de l'échangeur
- pour commander la vanne de sécurité anti-retour de flamme ( vanne sphérique )
- ou pour actionner le décendrage des grilles de combustion pivotantes.
Une butée réglable, appelée "positionneur", permet de limiter l'angle de rotation du servomoteur. Lorsque le servomoteur arrive en butée, la régulation détecte une augmentation du couple et arrête le servomoteur dans cette position.
Cette désactivation du servomoteur en fonction du couple de rotation évite le gaspillage inutile d'énergie électrique.
En cas de coupure d'alimentation, volontaire ou pour une mise en sécurité, un ressort de rappel repousse instantanément l'axe du servomoteur en position initiale (généralement la position fermée). Cela permet, pour l'exemple de la vanne sphérique anti-retour de flamme, une fermeture instantanée de celle-ci.
Ce retour brutal du servomoteur dans sa position initiale permet de faire tomber les cendres plus facilement de la grille de combustion ou des turbulateurs à l'intérieur de l'échangeur.
Servomoteur rotatif à ressort de rappel
BELIMO
Remarque : Certains fabricants préfèrent utiliser la rotation de la vis sans fin de décendrage pour entraîner une came en continu. A chaque tour de complet de la vis, la came a comprimé les ressorts-turbulateurs dans l'échangeur, pour les relâcher d'un seul coup (revoir en haut de page, vidéo "OKOFEN Pellematic Condens ).
Fonctionnement du nettoyage automatique de l'échangeur
Entraînement en rotation d'une came par la vis de décendrage
Position 1
Les turbulateurs sont complètement détendus
Position 2
La rotation de la came commence à comprimer les turbulateurs, qui râclent la surface intérieure des tubes de fumées de l'échangeur
Position 3
La came comprime les turbulateurs au maximum
Position 4
La came libère les turbulateurs qui se détendent brutalement. Les cendres décollées tombent dans le convoyeur qui les évacue vers le cendrier
SERVOMOTEUR 3 POINTS pour Clapet d'air
Le servomoteur pour réguler les débits d'air primaire et secondaire est généralement un servomoteur 3 points, équipé d'un potentiomètre. Il fonctionne de la même façon qu'un servomoteur de régulation climatique. Les 3 points correspondent aux 3 connexions électriques qui permettent de le commander. Selon la borne sur laquelle on envoie le + 24 V, il tourne dans un sens, dans l'autre sens, ou s'arrête en position.
La rotation du servomoteur entraîne avec elle la rotation du curseur d'un potentiomètre. La résistance variable du potentiomètre est proportionnelle à l'angle de rotation parcouru par le servomoteur. La régulation peut ainsi savoir dans quelle position exacte se trouve le servomoteur.
Servomoteur pour clapet d'air
utilisé sur Chaudière FRÖLING
BELIMO