Qu’est-ce qu’une chaudière à vapeur à grille rotative et comment fonctionne-t-elle ?
Dans les installations qui doivent produire en continu de grandes quantités de vapeur à partir de combustibles solides comme le charbon et la biomasse, la chaudière à vapeur à grille rotative est l’une des solutions les plus prisées. Dans cet article, découvrez ce qu’est une grille rotative, comment la combustion se déroule dans le foyer, quels combustibles elle peut utiliser et quels critères prendre en compte lors du choix d’une chaudière.
Qu’est-ce qu’une chaudière à vapeur à grille rotative ?
Une chaudière à vapeur à grille rotative est une chaudière à combustible solide dans laquelle le combustible est acheminé en continu dans le foyer sur une grille à chaîne mobile, où il est entièrement brûlé. La grille tourne comme une bande sans fin composée de barreaux de fonte reliés entre eux : sa face supérieure transporte le combustible de l’avant vers l’arrière du foyer, tandis que sa face inférieure revient à vide. C’est pourquoi ce système est également appelé grille à chaîne ou grille transporteuse.
L’alimentation en combustible, la combustion et l’évacuation des cendres se déroulant en continu grâce au même mouvement, les chaudières à grille rotative sont des systèmes entièrement automatiques qui nécessitent très peu d’intervention de l’opérateur.
Comment fonctionne une chaudière à grille rotative ?
Le combustible est acheminé depuis la zone de stockage jusqu’à la trémie de service située à l’avant de la chaudière, par une vis sans fin ou un convoyeur. Le clapet réglable placé sous la trémie détermine l’épaisseur de la couche de combustible déposée sur la grille. Au fur et à mesure de son avancement, le combustible traverse successivement quatre zones :
- Zone de séchage : le combustible perd son humidité sous l’effet de la chaleur rayonnée par la paroi réfractaire chaude située à l’avant du foyer (écran radiatif).
- Zone de dégazage : lorsque la température augmente, les matières volatiles contenues dans le combustible se dégagent sous forme gazeuse. Ces gaz brûlent dans le volume du foyer grâce à l’air secondaire insufflé au-dessus de la grille.
- Zone de combustion du carbone fixe : le coke restant brûle sur la grille grâce à l’air primaire insufflé par-dessous.
- Zone des cendres : une fois la combustion terminée, les cendres tombent dans le cendrier à l’extrémité de la grille, puis sont évacuées par le système automatique d’extraction des cendres.
Les canaux d’air situés sous la grille étant divisés en compartiments, chaque zone peut recevoir la quantité d’air primaire dont elle a besoin. La vitesse de rotation de la grille est également réglée par un variateur de fréquence ; le temps de séjour du combustible dans le foyer est ainsi adapté à sa vitesse de combustion. Les barreaux de grille qui reviennent, refroidis par l’air primaire et éloignés des flammes, bénéficient d’une longue durée de vie.
Un réglage précis pour un rendement élevé
Trois réglages déterminent le rendement d’une grille rotative : l’épaisseur de la couche de combustible, la vitesse de la grille et la répartition de l’air par zone. Si du combustible imbrûlé tombe dans le cendrier, la grille tourne trop vite ou la couche est trop épaisse ; si la flamme s’éteint au début de la grille, celle-ci avance trop lentement.
Quels combustibles peut-on utiliser ?
Le principal avantage de la grille rotative est sa polyvalence en matière de combustibles. Grâce à sa large surface et à son long parcours de combustion, les combustibles suivants peuvent être brûlés efficacement :
- Charbon : lignite et charbon importé, en particulier les charbons de petite granulométrie et tamisés ;
- Biomasse : sciure, copeaux de bois, coques de noisettes, grignons d’olive et autres déchets agricoles et forestiers ;
- Combustibles économiques à faible pouvoir calorifique : combustibles très humides ou riches en matières volatiles, et de faible densité.
Lors du choix du combustible, il faut tenir compte non seulement du prix, mais aussi de sa teneur en humidité, de sa granulométrie, de son pouvoir calorifique et de la température de fusion des cendres. Pour les combustibles dont les cendres ont une faible température de fusion, le foyer est conçu de manière à prévenir la formation de mâchefer. Il est donc recommandé de faire analyser le combustible en laboratoire avant la conception de la chaudière.
Grille rotative ou stoker ?
Dans les chaudières à vapeur à combustible solide, les deux systèmes de combustion les plus souvent comparés sont la grille rotative et le stoker :
| Caractéristique | Grille rotative | Stoker (alimentation par le bas) |
|---|---|---|
| Alimentation en combustible | Le combustible est déposé sur la grille, qui l’achemine | Le combustible est poussé dans le foyer par le bas à l’aide d’une vis sans fin |
| Polyvalence des combustibles | Élevée ; permet aussi de brûler des combustibles humides, de petite granulométrie et à faible pouvoir calorifique | Plus limitée ; combustibles de granulométrie et de qualité définies |
| Évacuation des cendres | Continue et automatique à l’extrémité de la grille | Automatique ou périodique, selon le système |
| Applications types | Installations ayant des besoins élevés et continus en vapeur | Installations de petite et moyenne capacité |
En résumé, si votre combustible varie ou si vous souhaitez utiliser un combustible bon marché à faible pouvoir calorifique, la grille rotative est à privilégier. Si votre combustible est standard et que vos besoins sont plus modestes, un système de combustion stoker est mieux adapté. Vous pouvez comparer toutes les options sur notre page consacrée aux chaudières à vapeur à combustible solide.
Points à prendre en compte lors du choix d’une chaudière à vapeur à grille rotative
- Besoin en vapeur et pression : précisez votre consommation horaire de vapeur, vos besoins de pointe et la pression de service.
- Analyse du combustible : la surface de la grille, le volume du foyer et le système d’air doivent être dimensionnés en fonction de l’analyse du combustible utilisé.
- Stockage et alimentation en combustible : la zone de stockage, la trémie et la capacité de la vis sans fin doivent permettre un fonctionnement continu.
- Traitement des fumées : des équipements tels qu’un cyclone et un filtre humide doivent être prévus afin de respecter les limites d’émission.
- Récupération de chaleur : vous pouvez réduire la consommation de combustible en préchauffant l’eau d’alimentation avec un économiseur et l’air de combustion avec un récupérateur.
- Automatisation : des ventilateurs à variateur de fréquence, des registres automatiques et un contrôle automatique du niveau assurent une exploitation sûre et efficace.
- Service et pièces de rechange : la facilité de remplacement des barreaux de grille et la disponibilité rapide des pièces de rechange déterminent le coût à long terme.
Vous pouvez convertir votre chaudière existante à la grille rotative
Pour les entreprises qui souhaitent réduire leurs coûts de combustible, l’achat d’une chaudière neuve n’est pas la seule solution. Un système de combustion à grille rotative peut être installé sur des chaudières existantes à vapeur, à eau surchauffée ou à huile thermique, si leur corps s’y prête. La faisabilité est évaluée en tenant compte du corps de la chaudière, des dimensions du foyer et du combustible utilisé.
Gamme FMT Boiler CGS
Le système de combustion à grille rotative de la gamme CGS de FMT Boiler brûle efficacement le charbon et la biomasse grâce à ses barreaux de grille en fonte ductile alliée au chrome, à l’alimentation en combustible et à l’extraction des cendres entièrement automatiques, à ses ventilateurs d’air primaire/secondaire à variateur de fréquence et à sa conception adaptée à chaque projet. Pour en savoir plus et demander une offre, consultez notre page consacrée à la chaudière à vapeur à grille rotative.