Face à une augmentation progressive de la consommation de combustible dans un four industriel, les premières vérifications portent généralement sur les brûleurs et le système de combustion. Cependant, lorsque le four maintient sa charge de production et commence à nécessiter davantage de combustible pour atteindre le même rendement, l’origine de cet écart peut se situer à un autre endroit de l’installation.

Le système de récupération de chaleur, et en particulier le préchauffeur d’air (APH), a une influence directe sur le bilan énergétique du four. S’il ne parvient plus à récupérer l’énergie prévue à partir des gaz de combustion, l’air arrive aux brûleurs à une température inférieure à celle prévue lors de la conception et le four doit compenser cette perte en augmentant l’apport en combustible.

L’installation peut continuer à fonctionner et maintenir sa production alors même que ses performances se détériorent progressivement. C’est pourquoi le simple fait de vérifier que le préchauffeur fonctionne ne permet pas de savoir quelle quantité de chaleur il récupère réellement.

Le préchauffeur d’air récupère une partie de l’énergie contenue dans les gaz de combustion et l’utilise pour augmenter la température de l’air alimentant la combustion.

Lorsque ce rendement diminue, le four reçoit de l’air à une température inférieure à celle prévue. Pour maintenir le même débit de production, il convient d’augmenter l’énergie fournie par le combustible.

Le dérèglement peut se manifester de manière progressive. Il n’est pas nécessaire qu’il y ait une défaillance soudaine ni que le four cesse de produire. Les systèmes de régulation peuvent continuer à maintenir les conditions de processus requises tandis que la consommation spécifique de combustible augmente.
C’est pourquoi une perte de rendement de l’APH peut passer inaperçue pendant une longue période si l’analyse se limite à vérifier la production ou la disponibilité du four.

La perte de rendement du système de récupération de chaleur ne doit pas être évaluée sur la base d’une seule variable. C’est la combinaison de différents paramètres qui permet de vérifier si l’équipement continue de fonctionner à des conditions proches de celles prévues lors de sa conception.

Parmi les signes qu’il convient de surveiller, on trouve :

• Augmentation de la consommation spécifique de carburant pour une charge de production donnée.

• Température de l’air de combustion inférieure à celle attendue.

• Variations de la température des gaz de combustion.

• Écarts au niveau des émissions.

• Températures des tubes en métal supérieures à celles attendues pour une charge identique.

• Variations de la perte de charge.

• Variations de la pression ou du tirage du four.

• Décalage du point de fonctionnement des ventilateurs.

La présence d’un de ces signes ne permet pas à elle seule d’identifier la cause. Le diagnostic doit prendre en compte le fonctionnement global du four, du préchauffeur d’air et du système de combustion.

La perte de performances peut avoir différentes causes au sein même du système de récupération.

Fuites entre les circuits d’air et les circuits de gaz de combustion.

Une communication indésirable entre ces deux circuits perturbe les conditions de fonctionnement du préchauffeur et peut modifier tant le bilan thermique que le comportement du système de combustion.

C’est pourquoi la vérification de l’étanchéité doit faire partie intégrante de tout contrôle des performances de l’APH.

Détérioration des joints et des étanchéités

L’état des joints et des éléments d’étanchéité influe directement sur la capacité de l’équipement à maintenir séparés les différents flux.
Leur détérioration peut entraîner des écarts progressifs qui ne provoquent pas nécessairement un arrêt de l’équipement, mais qui réduisent néanmoins ses performances.

Encrassement des surfaces d’échange

Les dépôts qui se forment sur les surfaces d’échange réduisent la capacité de récupération de chaleur.

Cet effet est observable tant au niveau des températures que du comportement hydraulique du système ; il convient donc de l’évaluer en tenant compte des pertes de charge et des conditions réelles de fonctionnement.

Répartition insuffisante du flux et voies préférentielles

Une répartition non uniforme de l’air ou des gaz de combustion peut générer des voies préférentielles et empêcher une partie du débit de tirer parti de manière homogène de la surface d’échange disponible.
Dans ces cas, l’équipement peut théoriquement disposer d’une surface suffisante et, pourtant, fonctionner en deçà des performances prévues, car une partie du faisceau ne bénéficie pas des conditions d’écoulement pour lesquelles il a été conçu.

La perte de rendement d’un préchauffeur ne se traduit pas toujours uniquement par une diminution de la récupération thermique.

Dans certaines situations, on observe également une augmentation de la perte de charge. Cet écart affecte le tirage disponible et peut modifier le point de fonctionnement des ventilateurs.

À partir de ce moment-là, le problème ne se limite plus au préchauffeur d’air et commence à affecter l’équilibre du système de combustion.
C’est pourquoi le simple fait d’analyser la température de l’air de combustion peut donner une vision incomplète de la situation. Le diagnostic doit mettre en relation les températures, les pertes de charge, la pression, le tirage, la teneur en oxygène et la consommation de combustible.

Cette analyse globale permet de déterminer si la perte d’efficacité provient effectivement de la combustion ou si elle trouve son origine dans le système chargé de récupérer l’énergie des gaz de combustion.

C’est l’une des principales difficultés rencontrées pour détecter le problème.

Une dégradation progressive du préchauffeur n’entraîne pas nécessairement une perte immédiate de production. Le four peut maintenir le débit requis, car le système compense la diminution de la récupération thermique par une consommation de combustible plus élevée.

D’un point de vue opérationnel, l’installation continue de fonctionner.

Du point de vue énergétique, cependant, les conditions ne sont plus les mêmes.
C’est pourquoi il ne faut pas confondre la disponibilité de l’équipement avec son rendement. Le fait qu’un préchauffeur reste en service ne signifie pas nécessairement qu’il continue à récupérer la quantité d’énergie pour laquelle il a été conçu.

Lorsqu’une augmentation de la consommation ou un écart par rapport au comportement thermique du four est détecté, l’analyse du préchauffeur doit s’appuyer sur des données réelles d’exploitation.
Parmi les principales variables, on trouve :

Températures de l’air et des gaz de combustion

Elles permettent de vérifier si l’échange thermique continue de produire les niveaux attendus et de détecter les écarts par rapport aux conditions de référence.

Pertes de charge

Leur évolution aide à identifier les changements dans la répartition du débit à travers l’installation, l’encrassement ou d’éventuelles restrictions affectant le tirage disponible.

Teneur en oxygène

Il convient de l’analyser conjointement avec les autres paramètres du système de combustion afin de déterminer si des changements interviennent dans les conditions de fonctionnement.

Pression et tirage du four

Ils permettent d’évaluer si le fonctionnement du préchauffeur a une incidence sur l’équilibre global du circuit d’air et des gaz de combustion.

Consommation spécifique de carburant

Il s’agit de l’une des variables les plus importantes pour vérifier si le four a besoin de plus en plus d’énergie pour maintenir une charge de traitement identique.

La valeur de ces variables apparaît lorsqu’elles sont analysées conjointement et comparées aux conditions de conception ou à des périodes historiques de fonctionnement stable.

Lorsque la consommation de combustible augmente, la solution ne passe pas nécessairement par le remplacement du four ou l’adoption d’une nouvelle technologie.

Dans certains cas, il est possible d’apporter des améliorations aux équipements qui font déjà partie de l’installation.

Le préchauffeur d’air en fait partie.
Vérifier s’il continue de fonctionner conformément à ses conditions de conception permet de déterminer si une partie de la perte d’efficacité du four trouve son origine dans le système de récupération de chaleur et d’évaluer les mesures à prendre sur l’installation existante.
Cet examen s’avère particulièrement pertinent lorsque :

• La consommation spécifique de carburant augmente sans que la charge de production ne subisse de variation équivalente.

• Des écarts progressifs sont détectés au niveau des températures de l’air ou des gaz de combustion.

• La perte de charge augmente.

• Modifie le fonctionnement de la hotte ou des ventilateurs.

• Des écarts apparaissent dans les paramètres de combustion sans cause apparente au niveau des brûleurs.

L’objectif n’est pas d’analyser l’APH de manière isolée, mais de déterminer dans quelle mesure il influe sur le rendement global du four.

Le rendement d’un four industriel ne dépend pas uniquement de la combustion, mais du fonctionnement global de l’ensemble des systèmes intervenant dans son bilan énergétique.

Le système de récupération de chaleur fait partie du bilan thermique de l’installation et détermine la quantité de combustible nécessaire pour atteindre la charge de service requise.

C’est pourquoi, face à une dégradation progressive du rendement, il convient d’élargir le diagnostic au-delà des brûleurs et des conditions de flamme.

Les températures, les pertes de charge, l’étanchéité, la répartition du débit, le tirage et la consommation spécifique de carburant permettent de vérifier si le préchauffeur continue de récupérer l’énergie prévue ou s’il se contente de fonctionner.

Le fait d’identifier cette différence permet d’agir sur la cause réelle du problème et d’évaluer les mesures d’optimisation ou de modernisation possibles sur l’installation existante, sans partir du principe que le four doit être entièrement remplacé.

AITESA conçoit, fournit et développe des projets de modernisation d’équipements de récupération de chaleur destinés aux fours industriels.

L’analyse repose sur les conditions réelles de fonctionnement et sur leur comparaison avec le comportement prévu de l’équipement, en tenant compte à la fois des variables thermiques, des pertes de charge et de l’intégration de l’APH au système de combustion.

L’objectif est d’identifier les sources de perte de rendement et de déterminer l’étendue des interventions nécessaires pour rétablir l’efficacité sans compromettre la fiabilité opérationnelle.

Si le four maintient sa production mais que la consommation spécifique de combustible augmente, que les températures varient ou que des écarts apparaissent au niveau du tirage et des pertes de charge, il peut s’avérer nécessaire de vérifier le fonctionnement du système de récupération de chaleur.

Vous pouvez communiquer à AITESA les informations disponibles concernant le four, les brûleurs, le préchauffeur, les ventilateurs et les conditions réelles de fonctionnement. L’équipe technique analysera les données initiales et déterminera les aspects qu’il convient d’examiner.