Introduction
Cet article présente les chaudières. Les conceptions courantes de chaudières sont discutées, ainsi que leur fonctionnement et leurs applications.
Objectif d'une chaudière
Les chaudières sont utilisées pour fournir de l'eau chaude ou de la vapeur. Une chaudière fournissant de l'eau chaude n'est techniquement pas une chaudière, car l'eau est en dessous de son point d'ébullition. Malgré cela, les chauffe-eau sont communément appelés chaudières.
Que la chaudière fournisse de l'eau chaude ou de la vapeur, le but d'une chaudière est de fournir de la chaleur qui peut être utilisée pour accomplir un objectif souhaité. Fournir la chaleur nécessaire pour chauffer un bâtiment ou une pièce (chauffage d'espace) est une tâche courante pour une chaudière. Un schéma typique de système de chauffage d'espace utilisant de l'eau chaude est montré ci-dessous.
Système d'eau chaude typique
Un schéma typique de système de chauffage d'espace utilisant de la vapeur est montré ci-dessous.
Système de vapeur typique
Chaudières à foyer et sans foyer
Les récipients de chaudière ouverts ne sont pas utilisés en raison de leur inefficacité, des récipients fermés sont utilisés à la place. Les récipients fermés avec un foyer interne sont le design de chaudière industrielle le plus courant. Un récipient fermé sous pression est appelé un récipient sous pression non chauffé.
Système d'air comprimé Récipient sous pression non chauffé
Un récipient fermé qui utilise un moyen de combustion pour générer de la pression à l'intérieur du récipient est appelé un récipient sous pression chauffé. La combustion se produit généralement à l'intérieur du récipient sous pression, c'est-à-dire un récipient sous pression chauffé interne, ou à l'extérieur du récipient sous pression, c'est-à-dire un récipient sous pression chauffé externe.
Chaudières à tubes de fumée (Récipient sous pression chauffé interne)
Tubes de fumée et tubes d'eau
Il existe deux types principaux de chaudières utilisés dans le monde de l'ingénierie industrielle, ce sont la chaudière à tubes de fumée et la chaudière à tubes d'eau. Comme le nom l'indique, la différence entre les deux chaudières réside dans l'emplacement des gaz de combustion et de l'eau par rapport aux tubes de la chaudière
Les chaudières à tubes d'eau ont de l'eau dans les tubes et des gaz de combustion à l'extérieur des tubes.
Les chaudières à tubes de fumée ont des gaz de combustion à l'intérieur des tubes et de l'eau à l'extérieur des tubes.
Les foyers des chaudières à tubes d'eau sont entourés de tubes (tuyaux) remplis d'eau, ce qui permet de transférer une grande quantité de chaleur de la combustion aux tubes très rapidement.
Les foyers des chaudières à tubes de fumée sont généralement à l'intérieur du récipient sous pression, mais peuvent également être externes au récipient sous pression. Les gaz d'échappement de la combustion circulent à travers des tubes entourés d'eau.
Direction du transfert de chaleur
Presque toutes les grandes installations industrielles auront une chaudière sur place. La plupart des chaudières d'usine industrielle sont de conception à tubes de fumée tandis que les chaudières à tubes d'eau sont plus favorisées dans l'industrie de la production d'énergie. Les chaudières à grande et très grande capacité de vapeur sont toujours des chaudières à tubes d'eau.
Tubes de chaudière à tubes d'eau
Comparaison des chaudières à tubes d'eau et à tubes de fumée
Un aperçu détaillé des chaudières à tubes d'eau et à tubes de fumée n'est pas possible dans le cadre de ce cours, mais le tableau ci-dessous met en évidence certaines des principales différences entre les deux conceptions.
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Tube d'eau |
Tube de fumée |
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Eau dans les tubes. |
Gaz de combustion dans les tubes. |
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Gaz de combustion entourant les tubes. |
Eau entourant les tubes. |
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Pressions de travail maximales admissibles (MAWP) supérieures à 2 900 psi (200 bar). |
Pression de travail maximale admissible (MAWP) jusqu'à 362 psi (25 bar). |
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Taux de génération de vapeur très élevé. |
Taux de génération de vapeur relativement bas. |
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Plus efficace qu'une chaudière à tubes de fumée (généralement supérieur à 90%). |
Moins efficace qu'une chaudière à tubes d'eau (généralement 80-85%). |
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Le risque d'explosion est plus élevé en raison de la MAWP plus élevée. |
Le risque d'explosion est plus faible en raison de la MAWP plus basse. |
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Convient pour l'industrie de la production d'énergie. |
Non adapté pour l'industrie de la production d'énergie. |
Comparaison des tubes d'eau et des tubes de fumée
Pour un aperçu détaillé des chaudières à tubes de fumée et à tubes d'eau, veuillez consulter les cours associés de saVRee.
Chaudières électriques
Il existe deux types courants de chaudières électriques, ce sont la chaudière à électrodes et la chaudière à résistance. Les deux conceptions de chaudières sont relativement simples car elles ne nécessitent pas de système de combustion.
Les chaudières à électrodes génèrent des arcs électriques qui chauffent l'eau jusqu'à ce que la vapeur se forme. Le nombre d'électrodes par chaudière, la MAWP et leurs taux de génération de vapeur varient en fonction de la conception de la chaudière.
Chaudière à électrodes
Les chaudières à résistance font passer un courant électrique à travers des éléments résistifs immergés pour générer de la chaleur. La chaleur des éléments est transférée à l'eau environnante, qui se transforme progressivement en vapeur. Les chaudières à résistance sont souvent utilisées pour les applications de chauffage de l'eau chaude.
Chaudières à résistance
Les chaudières électriques sont sans émissions (pas de gaz de combustion) et comparativement petites par rapport aux chaudières à combustion. Le plus grand inconvénient associé aux chaudières électriques est le coût par rapport aux chaudières à combustion.
Éléments résistifs de chaudière
Chaudières préfabriquées et montées sur site
Les chaudières préfabriquées sont vendues comme chaudières clé en main, elles sont livrées sur le site complètement assemblées et doivent seulement être connectées aux différents systèmes dont elles ont besoin pour fonctionner (eau d'alimentation, vapeur, combustible, gaz d'échappement, etc.).
Un grand avantage associé aux chaudières préfabriquées est qu'elles peuvent être entièrement testées par le fabricant d'équipement d'origine (OEM) à l'usine avant expédition, et peuvent être remplacées par le même modèle (ou un modèle similaire) assez rapidement.
Les chaudières montées sur site sont trop grandes pour être expédiées en tant que produit unique et doivent être assemblées sur place. Les chaudières à tubes d'eau utilisées dans l'industrie de la production d'énergie sont des exemples de chaudières montées sur site.
Ressources supplémentaires
https://en.wikipedia.org/wiki/Boiler
https://www.heat-timer.com/domestic-hot-water-systems
https://mirmarine.net/stati-na-anglijskom/marine-boiler/692-types-and-working-of-marine-boiler