Chaudieres a Vapeur a Combustible

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Edition du 13/09/11 Chaudires vapeur combustible 1/9

Chaudires vapeur combustible

1 Objectif

Connatre les principes des chaudires combustible.

2 Introduction

La chaudire est un dispositif permettant de chauffer l'eau et de produire de la vapeur si l'eau

est chauffe au-del de la pression atmosphrique.

Industriellement, on utilise les chaudires pour produire la vapeur ncessaire au fonctionne-

ment des procds. La source de chaleur peut-tre fournie par un combustible (gaz, fioul,

charbon) ou une rsistance lectrique.

Lide dutiliser la vapeur comme force motrice remonte au 1

er sicle Apr JC avec linvention de

lolipile par Hron dAlexandrie.

Mais ce nest vritablement qu partir de la fin du 17

me sicle que les ingnieurs ont dvelopp les

machines vapeur modernes. En 1800, lingnieur amricain Evans mis au point la premire chaudire

tubes de fume qui servit dans les premires lo-

comotives.

La ncessit davoir des dbits et pressions de va-peur importants aboutit en 1867 la mise au point

de la chaudire tubes deau par les ingnieurs amricains Babcok et Wilcox.

Depuis, celles-ci se sont sans cesse perfectionnes

permettant davoir notamment des rendements de 90,0 %.

Dans ce document, on ne sintressera quaux chaudires combustible qui sont les plus cou-ramment utilises.

3 Les chaudires combustible

Ce type de chaudire se compose de deux compartiments distincts :

l'un dans lequel brle le combustible : le foyer,

un autre dans lequel l'eau est chauffe.

On distingue ainsi deux types de chaudire combustible en fonction de la circulation de

leau chauffer par rapport la chaleur de combustion :

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Les chaudires tube de fume,

Les chaudires tube deau.

3.1 Les chaudires tubes de fume

3.1.1 Prsentation

Ce type de chaudire fournit un dbit de vapeur sature de 1 25 tonnes/heure, en basse et

moyenne pression. Le combustible utilis est soit du gaz soit du fioul.

3.1.2 Fonctionnement

Le tube foyer, qui se trouve dans le ballon mme de la chaudire, sous le plan deau, collecte les gaz chauds en sortie de brleur. Les gaz chauds, accumuls dans un premier caisson

larrire de la chaudire, sont vhiculs par un groupe de tubes immergs dans leau du ballon vers un second caisson lavant de la chaudire.

Un second groupe de tubes immergs emmne les gaz vers un troisime caisson larrire de la chaudire, ce troisime caisson dbouche sur la chemine pour vacuation des fumes vers

lextrieur. Il y a donc circulation des gaz de combustion dans des tubes assurant, par conduc-tion vers leau de la cuve, la vaporisation par apport de calories.

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1. Foyer

2. Tube de fume 2me passe

3. Tube de fume 3me passe

4. Bote arrire refroidis-sement par eau

5. Chambre de combustion

6. Brleur

7. Ventilateur de combus-tion

8. Vanne de rgulation

9. Soupape de scurit

10. Indicateur de niveau de scurit deau

11. Manomtre

12. Indicateur de niveau glace

13. Bloc disolement + ma-nomtre

Eau

Vapeur

sature

Fumes

Tube foyer

Tube de

fumes

Brleur

Purge

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3.1.3 Prcautions

Il est impratif de traiter leau de chaudire afin dviter le dpt de tartre lextrieur du tube foyer et des tubes de fume. En effet, le tartre provoquerait un mauvais change thermique, un

temps de mise en pression-temprature plus long, un risque de surchauffe au niveau de tube

foyer, une surconsommation de combustible, une augmentation de la temprature des fumes

au niveau de la chemine...

3.1.4 Production de vapeur surchauffe

Il est ncessaire de recourir un surchauffeur (source de chaleur indpendante), en aval de la

chaudire tubes de fume.

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3.2 Les chaudires tubes deau

3.2.1 Prsentation

Ce type de chaudire fournit un dbit de vapeur sature suprieur 20 tonnes/heure, en

moyenne et haute pression. Le combustible utilis est soit du gaz, du fioul, du charbon ou

dchets.

3.2.2 Fonctionnement

Ce type de chaudire possde deux rservoirs appels ballon distributeur (en partie infrieure)

et ballon collecteur (ou encore ballon de vaporisation, en partie suprieure), relis par un fais-

ceau de tubes vaporisateurs, dans cet ensemble circule leau qui se transforme en vapeur.

Les gaz chauds produits par le brleur sont directement en contact avec les tubes vaporisa-

teurs, lintrieur de ceux-ci se produit la vaporisation. La vapeur ainsi gnre est collecte dans le ballon suprieur, leau excdentaire est ramene vers le ballon infrieur par des tubes de chute non soumis la chaleur. Dans le domaine des hautes pressions, une pompe peut tre

installe pour faciliter cette circulation du haut vers le bas.

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Il y a donc circulation de leau dans des tubes placs lintrieur dune enceinte contenant les gaz chauds.

3.2.3 Prcautions

La formation de tartre dans les tubes serait prjudiciable au fonctionnement de la chaudire

tubes deau pour les mmes raisons que celles voques propos des chaudires tubes de fume. En outre, lobturation des tubes pourrait se rvler dangereuse, ce qui ajoute la n-cessit de traiter leau de chaudire.

La paroi extrieure des tubes est expose aux dpts de suies et ncessite une action de ramo-

nage pendant le fonctionnement de la chaudire. Cette action est obtenue par injection de va-

peur ou dair comprim via un tube perfor.

3.2.4 Production de vapeur surchauffe

Dans une chaudire tubes deau, la tuyauterie qui prend en charge la vapeur sature retourne dans le foyer, les gaz chauds apportent cette vapeur sature une nergie supplmentaire qui

en lve la temprature sans en modifier la pression. On obtient ainsi de la vapeur surchauffe

la sortie.

3.3 Comparaison des performances

Proprits Chaudires tubes de fu-

me

Chaudires tubes deau

Mise en route

( puissance quivalente)

Lente (grand volume deau chauffer)

rapide

Adaptation aux change-

ments de rgime

mdiocre (inertie importante) bonne

Surface de chauffe moyenne leve

Scurit mdiocres bonne

Encombrement faible fort

Prix limit lev

Applications usuelles

Puissance

Dbit

Timbre (pression max. dutilisation)

moyennement leve

1,5 25 t/h

10 20 bar

importante

4 200 t/h

90 100 bar (en cir-culation naturelle) et

jusqu 225 bar (cir-culation force)

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4 Utilits

4.1 Alimentation en eau

Leau de chaudire provient de la station de traitement, de la bche de rcupration des con-densas, du dgazeur, lappoint en eau dans la chaudire est ralis grce une pompe alimen-taire (souvent double) fonctionnant une pression lgrement suprieure la pression in-

terne du ballon.

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Extraction et purge continue sont deux oprations contribuant maintenir la qualit de leau dans la chaudire, paramtre essentiel pour le bon fonctionnement de linstallation.

4.2 Extraction

Leau dalimentation contient des traces de produits de traitement, de sels minraux et dimpurets diverses ; les rsidus se dposent au fond du ballon sous forme de boues et doi-vent tre vacus laide dun robinet dextraction. Ce robinet spcial, dont la manoeuvre doit tre :

brutale,

de courte dure (afin dviter dentraner trop deau avec les boues),

rpte plusieurs fois par jour,

est gnralement soit un robinet manuel quip dun levier allong et dun ressort de rappel en fermeture, soit un robinet tour automatis. Il doit supporter la pleine P et ne pas tre en-dommag par le passage des impurets.

Dans un souci dconomies dnergie, la vapeur de vaporisation, qui se forme lors de lvacuation de leau chaude charge dans ce que lon appelle le pot de dbourbage, peut tre rcupre et envoye dans un dgazeur, temprature et pression faibles. Les boues et eau

excdentaire sont par ailleurs vacues aprs refroidissement.

4.3 Purge continue

Les produits de traitement et sels minraux, arrivant avec leau dalimentation et ne partant pratiquement pas avec la vapeur produite, ont tendance se concentrer dans le ballon, quils soient en solution ou en suspension. Do la ncessit de procder une purge de dconcen-tration permanente, grce un robinet de dgazage spcial, trs faible dbit. Le prlvement

continu se fait environ 10,0 cm sous le plan deau, le dispositif pourra tre mis profit pour raliser une prise dchantillon pour analyse, aprs refroidissement.

Par ailleurs, la vapeur de revaporisation pourra tre rcupre et rutilise.

Rfrences

Bibliographie

Carnet du Rgleur de J.M. Valance,

Les techniques de lingnieur,

Encyclopdie Encarta de Microsoft.

Internet

http://www.trouvay-cauvin.fr/,

http://www.processs.com/,

et tous les sites que vous pouvez partager avec nous...

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Nhsitez pas me faire part de vos commentaires et ventuels complments. Ci-jointes mes coordonnes ; si vous le demandez, vous recevrez le fichier original de ce document.

Christophe Alleau

Enseignant de BTS CIRA

Lyce Pilote Innovant

Tlport 5

86130 JAUNAY-CLAN

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