L'air comprimé est l'un des services les plus coûteux dans une usine, mais il fait souvent partie intégrante du processus de refroidissement et de trempe des gaz. Les buses à deux fluides l'utilisent pour transformer un liquide en fines gouttelettes qui s'évaporent rapidement et refroidissent le gaz avant qu'il n'atteigne les équipements en aval. Cet article explique les facteurs qui déterminent la consommation d'air comprimé dans le refroidissement des gaz, et comment les nouvelles conceptions de buses, telles que la FloMax® ECO imprimée en 3D, permettent de la réduire sans compromettre la taille des gouttelettes.
Pourquoi le refroidissement des gaz dépend de l’air comprimé
Le refroidissement et le conditionnement des gaz permettent de contrôler la température, le volume et l’humidité d’un gaz de procédé. Lorsqu’il est bien réalisé, ce processus protège les équipements tels que les filtres à manches, les précipitateurs électrostatiques (ESP) et les échangeurs de chaleur, et aide l’usine à respecter ses limites d’émissions. Mal géré, il entraîne la formation de gouttelettes qui, ne s’évaporant pas à temps, provoquent un mouillage et une accumulation de boues. Ce procédé est courant dans les cimenteries, les aciéries, les usines chimiques, les centrales électriques, les usines d’incinération des déchets et les usines de pâte à papier et de papier.
La taille des gouttelettes est déterminante. Les gouttes plus petites présentent une plus grande surface spécifique par volume de liquide ; elles s’évaporent donc plus rapidement et absorbent la chaleur sur une distance plus courte. Les buses à deux fluides (atomisation à l’air) créent ces petites gouttes en utilisant de l’air comprimé ou de la vapeur pour pulvériser le liquide. C’est également de là que provient le coût. La compression de l’air nécessite beaucoup d’électricité, et seule une fraction de cette énergie est finalement convertie en travail utile au niveau de la buse. Chaque mètre cube d’air dont une buse n’a pas besoin représente de l’énergie que l’usine n’a pas à acheter.
Qu’est-ce qui détermine la consommation d’air comprimé d’une buse à deux fluides ?
La consommation d’air n’est pas fixe. Cinq facteurs ont la plus grande influence :
- Rendement d’atomisation : quantité d’air dont la buse a besoin pour obtenir une taille de gouttelette donnée. La conception des passages internes d’air et de liquide fait toute la différence.
- Rapport de régulation : rapport entre le débit maximal et minimal de liquide. Les charges de refroidissement du gaz varient en fonction des conditions de process. Une buse dotée d’un rapport de régulation élevé peut s’adapter à la charge tout en maintenant une pression d’air constante, ce qui évite tout gaspillage d’air en charge partielle.
- Stratégie de régulation : une régulation en boucle fermée qui ajuste les débits de liquide et d’air d’atomisation en fonction de la température des gaz, comme le système de refroidissement des gaz AutoJet®, évite la surpulvérisation.
- Emplacement et angle de pulvérisation : les gouttelettes ont besoin d’une distance et d’un temps de séjour suffisants pour s’évaporer. Des simulations, telles que la CFD, aident à positionner correctement les lances et les injecteurs. Un cas de DeNOx dans une usine de verre à Pise montre comment une longueur de tuyau droit limitée à 13 mètres a déterminé le choix des buses.
- Débit des buses : un débit plus élevé par buse permet de réduire le nombre de buses nécessaires pour une même tâche.
Comment l’impression 3D révolutionne la conception des buses
La FloMax® ECO est une buse d’atomisation à air à cône creux fabriquée par impression 3D. La fabrication additive permet de créer des circuits d’écoulement internes difficiles à usiner de manière conventionnelle, et la buse se compose d’une seule pièce ainsi que d’un joint. L’objectif est d’utiliser efficacement l’air comprimé tout en produisant les fines gouttelettes nécessaires au refroidissement par gaz. Données de performance clés :
- Taille des gouttelettes : 5 à 250 µm
- Consommation d’air : réduite d’environ 20 %
- Plage de réglage : 10:1
- Profil de pulvérisation : cône creux, angle de pulvérisation de 20° à 55°
Pour découvrir l’ensemble de la gamme, y compris les versions anti-barbe, en X et à atomisation à la vapeur, consultez la fiche technique des buses à deux fluides FloMax®.
Lorsque la réduction de la consommation d’air est primordiale
Le refroidissement et la trempe des gaz fonctionnent 24 heures sur 24 dans de nombreuses usines ; les petites économies réalisées par buse finissent donc par s’accumuler. Secteurs d’activité typiques :
- Ciment et exploitation minière : refroidissement des gaz dans les tours de conditionnement et les refroidisseurs de clinker. Voir la rubrique « Matériaux de construction ».
- Sidérurgie et métaux non ferreux : refroidissement et conditionnement des gaz résiduaires. Voir la présentation des applications industrielles de pulvérisation.
- Industrie chimique : trempage et refroidissement par évaporation. Voir la rubrique « Industrie chimique ».
- Production d’électricité et incinération des déchets : trempe des gaz de combustion pour protéger les filtres en tissu et les échangeurs de chaleur. Voir « Applications de pulvérisation dans les technologies de procédés ».
- Pâte à papier et papier : conditionnement des gaz dans le cadre des opérations d’enduction, de nettoyage et autres opérations en usine. Voir « Pâte à papier, papier et papier tissu ».
Une liste de contrôle rapide pour évaluer votre système de refroidissement des gaz
- Enregistrez la consommation d’air comprimé par buse ou lance à charge typique et minimale.
- Vérifiez pendant combien de temps par an le système fonctionne à charge partielle, et si les buses peuvent s’y adapter (plage de réglage).
- Comparez la taille des gouttelettes à la distance d’évaporation et au temps de séjour disponibles dans le conduit.
- Recherchez les signes d’évaporation incomplète, tels que le mouillage, la présence de boues ou des dépôts en aval.
- Validez tout changement de buse par simulation ou par des essais de pulvérisation avant son installation dans l'usine.
Pour en savoir plus sur l’importance de la taille et de la surface des gouttelettes, découvrez pourquoi les buses de pulvérisation sont essentielles à un processus de refroidissement performant.
Foire aux questions
Qu'est-ce qu'une buse à deux fluides ?
Une buse à deux fluides, également appelée buse d’atomisation à air, mélange un liquide avec de l’air comprimé ou de la vapeur pour produire des gouttelettes très fines. Elle est largement utilisée pour le refroidissement des gaz, le conditionnement des gaz et l’injection de produits chimiques.
Pourquoi la consommation d’air comprimé est-elle importante dans le refroidissement des gaz ?
La production d’air comprimé est coûteuse, et les systèmes de refroidissement des gaz fonctionnent souvent en continu. Une consommation d’air réduite par buse permet de diminuer les coûts énergétiques et de contribuer aux objectifs de développement durable.
Qu'est-ce qu'un rapport de régulation ?
Le rapport de régulation est le rapport entre le débit maximal et le débit minimal qu’une buse peut gérer. Un rapport de 10:1 signifie que le débit de liquide peut être réduit à un dixième du maximum tout en permettant à la buse de continuer à atomiser, ce qui est utile lorsque la charge du processus varie.
Quels secteurs utilisent des buses de refroidissement des gaz ?
Les buses de refroidissement au gaz sont utilisées notamment dans les cimenteries, les aciéries, les usines de traitement chimique, les centrales électriques, les usines d’incinération des déchets et les usines de pâte à papier et de papier.
Une buse peut-elle consommer moins d’air sans produire de grosses gouttes ?
Oui. La conception de la buse détermine l’efficacité avec laquelle l’énergie de l’air est transformée en fragmentation des gouttelettes. La buse FloMax® ECO est conçue pour conserver des gouttelettes fines, de 5 à 250 µm, tout en réduisant la consommation d’air comprimé.
Vous souhaitez savoir quel choix de buse pourrait avoir un impact sur la consommation d’air de votre processus ? Contactez un expert local en pulvérisation ou découvrez d’autres applications de pulvérisation.