Systèmes de chauffage à l'huile thermique pour le séchage des tissus dans l'industrie textile | Pirobloc
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PROCESSUS

Pirobloc fournit des solutions efficaces, sûres et personnalisées pour chauffer différents types d’équipements utilisés dans l’industrie textile, parmi lesquels:

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APPLICATIONS

Dans l’industrie textile et la teinturerie s’utilisent ce que l’on appelle les machines RAME ou Stenters en anglais, pour la fixation, le séchage et la finition des tissus, ainsi que les élargir et corriger les distorsions de la trame. Les machines Rame associent l’effet thermique à une action mécanique d’étirement transversal du tissu ou de sa thermofixation, ce qui requiert un apport de chaleur dans l’équipement.

Il y a quelques décennies, cet apport de chaleur était indirect à travers de la vapeur. Plus tard est arrivée avec force l’option de l’apport indirect, à travers un fluide thermique, puis a surgi l’option du réchauffement direct par des gaz à combustion, apportés par des brûleurs à gaz – Direct gas heating -.

Malgré l’apparition, dans les dernières années, d’un réchauffement mixte direct/indirect, brûleurs à gaz et fluide thermique, ce système s’applique exclusivement aux situations où la fourniture de gaz n’est pas garantie de manière fiable et constante.

Nous allons évaluer les avantages et les inconvénients des systèmes de réchauffement, à la fois d’un point de vue technique et économique.

Réchauffement direct par des brûleurs à gaz

Son schéma de fonctionnement est celui indiqué dans la Figure 1.

Un brûleur (1) assure la combustion dans une chambre (3) située à l’intérieur de la machine, et les gaz de la combustion sont aspirés par un ventilateur (2) à travers un filtre, en les distribuant par des conduits avec des orifices de distribution (5) qui permettent la plus grande uniformité de la température possible sur le tissu qui est transporté entre ces conduits par des chaînes d’entrainement (6). Une partie de ces gaz est recirculée (7), tandis que la plus grande partie est évacuée par la sortie de fumées (4).

Il existe différents “by pass” qui permettent les recirculations à différents niveaux, selon les besoins de production de la machine.

Industria Textil - RAME

Fig 1. Machine RAME avec réchauffement direct par brûleur à gaz

1.- Brûleur à gaz
2.- Ventilateur d’apport/recirculation des gaz
3.- Chambre de combustion
4.- Sortie de fumées
5.- Orifices de distribution des gaz
6.- Chaîne d’entrainement
7.- Recirculation des gaz

Avantages et inconvénients du chauffage direct

Avantages techniques

  • Espace réduit. Une installation générale de tuyauteries n'est pas nécessaire, pas plus que l'espace requis pour installer une chaudière ou des équipements auxiliaires
  • Rapidité de mise en route, car il n'y a pas de fluide intermédiaire d'échange qui doit être réchauffé auparavant

Inconvénients techniques

  1. Il existe en général la conviction qu'un système de réchauffement direct, fournit de hautes performances énergétiques. Même si le système dispose d'un filtrage des gaz de combustion, il faut éviter par tous les moyens, la présence éventuelle de produits non brûlés – cendres -, à l'intérieur de ces gaz, qui affecteraient la qualité du produit fini et la performance énergétique – combustible utilisé mais non brûlé -.

    Ceci rend obligatoires des combustions avec de grands excès d'air. Ce qui provoque, par conséquent, des rendements modérés, voire faibles.

    Car, même si la température de sortie des fumées n'est pas élevée, leur débit est important et la quantité d'énergie expulsée, non utilisée par le produit, est importante.

    Même s'il est difficile d'évaluer, d'une manière globale, les différences de rendement, nous pouvons montrer des données indicatives, comme celles de la Fig. 2.

    Ainsi, pour des excès d'air corrects et normaux dans la combustion au gaz naturel – 10-20% -, le rendement a des valeurs de l'ordre de 89-90%.

    Pour des excès d'air plus élevés, afin d'éviter d'avoir des produits non brûlés – au moins compris entre 50% et 70% d'excès d'air -, les rendements se situent dans des valeurs de l'ordre de 85-86%-.

    Des valeurs de 80 à 100% d'excès d'air, nous mèneraient à des rendements de 80-83%. Envisager donc des différences de rendement de 5-8%, favorables au réchauffement indirect, nous semblent assez correctes.

    Industria textil - Maquina RAME

    Fig 2.- Rendement selon l'excès d'air pour une surface d'échange précise.

    Même si ce n'est pas l'option habituelle, il existe la possibilité de ne pas travailler avec de hauts excès d'air. Les conséquences de cette méthode de travail sont, cependant, encore pires du point de vue de la performance énergétique.

    En effet, de faibles excès d'air impliquent d'un côté une température de la flamme élevée –voir Tableau 1 joint - et d'un autre côté, un faible coefficient de transmission de la chaleur, car la vitesse de combustion des gaz est faible, parce qu'ils ont un faible débit.

    Le résultat c'est que la température de ces gaz, lors de la sortie des fumées, est très élevée et, par conséquent, la performance énergétique n'est pas satisfaisante.

    Excès d'air (%)0102030405060708090100
    Temp.de la flamme (ºC)154514651400133512701205114010751010945880

    Tableau 1. Température de la flamme en fonction de l'excès de l'air pour la combustion du gaz naturel

    Évidemment, une température élevée de la flamme pour de faibles excès d'air, et faible débit des gaz de combustion, se retrouve aussi dans le réchauffement indirect. Cependant, l'un des grands avantages du réchauffement direct – espace réduit -, joue en sa défaveur.

    La surface d'échange ne peut pas être très grande, car cela obligerait à augmenter les dimensions de la machine, ce qui deviendrait un inconvénient important, voire définitif.

    C'est pourquoi, en cas de températures de la flamme élevées, cette surface d'échange n'est pas capable d'absorber l'énergie correctement et la température des fumées augmente, en réduisant la performance énergétique.

    Dans une chaudière, une surface d'échange correcte, sans problèmes d'espace des appareils consommateurs, permet que les gaz de la combustion aient des températures modérées et des rendements satisfaisants.

    En outre, et comme nous l'avons déjà dit auparavant, dans cette méthode de travail, il existe un plus grand risque de combustible non brûlé et, par conséquent également une réduction importante de la performance énergétique.

  2. L'entretien suppose un point critique.

    Même si les brûleurs à gaz n'ont pas besoin de grandes opérations d'entretien, le grand nombre installé –habituellement un brûleur pour chaque champ de machine RAME -, et, par conséquent, l'augmentation des pannes possibles, ainsi que l'importance d'une bonne combustion et d'un réglage adapté, oblige à faire particulièrement attention à cet appareil.

    Car il peut affecter directement la fiabilité de la production et sa qualité. En outre, un changement de tissu ou des conditions du procédé, nécessiterait de régler à nouveau les paramètres de combustion des brûleurs.

    Ce point est généralement laissé de côté et il affecte sans doute la qualité finale du produit. Finalement les opérations d'entretien concernent les équipements intégrés dans la machine RAME. Ce qui implique l'arrêt de la production, pour réaliser la plupart des opérations concernées.

  3. Obligation de combustible gaz avec une fourniture fiable et stable.

    Nous ne pouvons évaluer ce point que dans certaines circonstances. Car la fourniture de gaz est actuellement présente dans la plupart des sites.

    Cependant, dans certains pays ou sites non urbains, il peut y avoir un problème. L'utilisation de gaz propane ou butane, dans des installations individuelles, n'est pas une bonne alternative, car le coût économique de ces combustibles est trop élevé.

  4. Jaunissement du produit possible – Yellowing -.

    La combustion du gaz naturel produit du NOx qui peut réagir avec la fibre et provoquer le jaunissement. Pour l'éviter, il faut avoir recours aux brûleurs à faible taux de NOx et à des réglages précis.

    Ce qui augmente le coût de la mise en place de l'équipement et, à nouveau, a une incidence sur l'entretien.

Avantages économiques

Coûts de mise en place réduits. Car il n'existe pas d'installation générale de tuyauteries de transport de la chaleur.

Inconvénients économiques

En fonction de la distribution des machines RAME dans le bâtiment de production, l'installation de gaz peut être complexe et d'un coût élevé.

Réchauffement indirect par fluide thermique

Son schéma de fonctionnement est celui indiqué dans la Figure 3.

Dans un échangeur (2), le fluide thermique provenant de la chaudière (6a), cède la chaleur à l’air qui est aspiré par un ventilateur (1) à travers un filtre et, comme dans la conception du réchauffement direct, elle se distribue par des conduits avec des orifices de distribution (5) afin de permettre la plus grande uniformité de la température possible sur le tissu qui est transporté entre ces conduits par des chaînes d’entrainement (4). Une partie de ces gaz est recirculée (7), tandis que la plus grande partie est évacuée par la sortie de fumées (3).

Le fluide thermique, une fois la chaleur cédée à l’air, retourne (6b) à travers le réseau général vers la chaudière.

Il existe différents “by pass” qui permettent les recirculations à différents niveaux, selon les besoins de production de la machine.

Industria Textil - Maquina RAME

Illustration 3. Machine RAME avec réchauffement indirect par fluide thermique

1.- Ventilateur d’apport/recirculation de l’air
2.- Échangeur fluide thermique/air
3.- Sortie de l’air
4.- Chaîne d’entrainement
5.- Orifices de distribution des gaz
6a- Connexion au réseau général du fluide thermique. Entrée du fluide à partir de la chaudière
6b- Connexion au réseau général du fluide thermique. Retour vers la chaudière
7.- Recirculation des gaz

Avantages et inconvénients du chauffage indirect

Avantages techniques

  1. Souplesse de l'opération. Le changement de type de tissu ou de procédé est immédiat, sans avoir besoin de régler les paramètres de combustion du brûleur, pour obtenir immédiatement les résultats requis.

  2. Moins d'entretien et entièrement centralisé avec peu de composants externes à la machine. En cas de travail continu, ces composants peuvent disposer de remplacements en "stand by", qui permettent de n'arrêter la production à aucun moment.

  3. Combustible auxiliaire. Ce n'est pas seulement l'éventualité d'une fourniture instable du gaz naturel qui peut être la cause d'avoir besoin d'un combustible auxiliaire permettant d'assurer la production.

Inconvénients techniques

Temps pour obtenir les conditions de fonctionnement.

Cet inconvénient se présente exclusivement sur les équipements qui ne travaillent pas en continu et il peut être minimisé en maintenant une température modérée dans l'installation, même si les machines ne sont pas en production.

Il faut avoir présent à l'esprit qu'avec une installation bien isolée, en choisissant cette option les pertes énergétiques sont moindres.

Avantages économiques

Faibles coûts d'exploitation grâce à moins d'entretien, des arrêts qui n'affectent pas la production, nombre inférieur de composants critiques, etc.

Inconvénients économiques

Coûts de mise en place élevés en comparaison avec l'option de réchauffement direct.

Dans tous les cas, il faut être très vigilant dans cette rubrique, car certaines options de réchauffement direct – brûleurs à faible taux de NOx, récupération de la chaleur des gaz de combustion, etc -, peuvent supposer un investissement élevé.

Conclusion

Pour l’ensemble des motifs indiqués, nous considérons que les installations à réchauffement direct sont celles adaptées à des productions avec un nombre de machines RAME pas trop élevé, de fonctionnement continu, avec peu d’écarts dans les caractéristiques du tissu ou du procédé et avec une fourniture de gaz fiable.

Ceci minimise ses inconvénients: l’entretien des nombreux brûleurs, plus les arrêts pour ces opérations d’entretien peuvent être faits lorsque l’installation est arrêtée ; l’installation de gaz ne sera pas très importante. Car il y aura peu de machines, etc, avec des coûts de mise en place modérés, sans doute son grand avantage.

Au contraire, nous considérons que les installations de réchauffement indirect à travers un fluide thermique, sont les plus adaptées pour les procédés de production à grande capacité, avec de nombreuses machines RAME en fonctionnement et à production ininterrompue, en fonctionnement continu 2/8 (soit 16/24 heures). Car le système permet de garantir la production sans arrêts pour l’entretien ou des réglages. Les changements sur l’équipement, pour le type de tissu, sont pratiquement immédiats et il n’y a pas d’attentes pour la mise en route. Par conséquent, l’installation est toujours opérationnelle, ce qui maximise ses avantages : la performance énergétique, le faible entretien externe, etc.

Le Tableau 2 joint montre un bref résumé des résultats de cette étude.

Réchauffement direct
par brûleurs à gaz
Réchauffement indirect
par fluide thermique
Avantages (+)ÉconomiquesCoûts de mise en placeCoûts d'exploitation
TechniquesEspace réduit
Rapidité de la mise en route
Entretien
Travail en continu
Performance énergétique
Souplesse
Inconvénients (-)ÉconomiquesOptions
  • Brûleurs NOx
  • Récupération de chaleur
Installation de gaz complexe éventuelle
Coûts de mise en place
TechniquesEntretien
Performance énergétique
Jaunissement
Dépendance de la fourniture de gaz
Mise en route dans des installation non continues
ApplicationPeu de machines RAME
Fonctionnement non continu
Sans écarts dans les conditions du tissu
Grande production
Fonctionnement continu

Tableau 2. Résumé des avantages et des inconvénients de chaque système



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