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TABLE DES MATIERES INTRODUCTION GENERALE .................................................................. Error: Reference source not found CHAPITRE 1 : Technologie et type des chaudières ...................................... Error: Reference source not found 1.1. Types de chaudières .................................................................. Error: Reference source not found 1.2. Classification des chaudières ..................................................... Error: Reference source not found 1.2.1. Selon le mode d’emploi ..................................................... Error: Reference source not found 1.2.2. Selon la disposition générale ............................................. Error: Reference source not found 1.2.3. Selon le mode de construction ........................................... Error: Reference source not found 1.2.4. Selon le mode chauffage ................................................... Error: Reference source not found 1.2.5. Selon la nature de la vapeur produite ................................ Error: Reference source not found 1.2.6. Selon la vitesse de circulation de l’eau .............................. Error: Reference source not found 1.3. Technologie des chaudières ....................................................... Error: Reference source not found 1.3.1. Chaudières en fonte ........................................................... Error: Reference source not found 1.3.2. Chaudières en acier ........................................................... Error: Reference source not found 1.4. Constitution globale des chaudières .......................................... Error: Reference source not found 1.4.1. Le foyer d’une chaudière ................................................... Error: Reference source not found 1.4.2. Les grilles .......................................................................... Error: Reference source not found 1.4.3. Les tubes d’eau .................................................................. Error: Reference source not found 1.4.4. Les tubes de fumées .......................................................... Error: Reference source not found 1.4.5. Les bouilleurs .................................................................... Error: Reference source not found 1.4.6. Les surchauffeurs et resurchauffeurs ................................. Error: Reference source not found 1.4.7. Les économiseurs .............................................................. Error: Reference source not found 1.4.8. Les réchauffeurs d’air ........................................................ Error: Reference source not found 1.5. Principaux circuits d’une chaudière et les facteurs influençant leur fonctionnement ............ Error: Reference source not found 1.6. Circulation dans une chaudière ................................................. Error: Reference source not found 1.6.1. La circulation naturelle ...................................................... Error: Reference source not found 1.6.2. La circulation contrôlée ..................................................... Error: Reference source not found 1.6.3. La circulation forcée .......................................................... Error: Reference source not found 1

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  • TABLE DES MATIERES

    INTRODUCTION GENERALE .................................................................. Error: Reference source not found

    CHAPITRE 1 : Technologie et type des chaudires ...................................... Error: Reference source not found

    1.1. Types de chaudires .................................................................. Error: Reference source not found

    1.2. Classification des chaudires ..................................................... Error: Reference source not found

    1.2.1. Selon le mode demploi ..................................................... Error: Reference source not found

    1.2.2. Selon la disposition gnrale ............................................. Error: Reference source not found

    1.2.3. Selon le mode de construction ........................................... Error: Reference source not found

    1.2.4. Selon le mode chauffage ................................................... Error: Reference source not found

    1.2.5. Selon la nature de la vapeur produite ................................ Error: Reference source not found

    1.2.6. Selon la vitesse de circulation de leau .............................. Error: Reference source not found

    1.3. Technologie des chaudires ....................................................... Error: Reference source not found

    1.3.1. Chaudires en fonte ........................................................... Error: Reference source not found

    1.3.2. Chaudires en acier ........................................................... Error: Reference source not found

    1.4. Constitution globale des chaudires .......................................... Error: Reference source not found

    1.4.1. Le foyer dune chaudire ................................................... Error: Reference source not found

    1.4.2. Les grilles .......................................................................... Error: Reference source not found

    1.4.3. Les tubes deau .................................................................. Error: Reference source not found

    1.4.4. Les tubes de fumes .......................................................... Error: Reference source not found

    1.4.5. Les bouilleurs .................................................................... Error: Reference source not found

    1.4.6. Les surchauffeurs et resurchauffeurs ................................. Error: Reference source not found

    1.4.7. Les conomiseurs .............................................................. Error: Reference source not found

    1.4.8. Les rchauffeurs dair ........................................................ Error: Reference source not found

    1.5. Principaux circuits dune chaudire et les facteurs influenant leur fonctionnement ............ Error:

    Reference source not found

    1.6. Circulation dans une chaudire ................................................. Error: Reference source not found

    1.6.1. La circulation naturelle ...................................................... Error: Reference source not found

    1.6.2. La circulation contrle ..................................................... Error: Reference source not found

    1.6.3. La circulation force .......................................................... Error: Reference source not found

    1

  • 1.7. Les chaudires eau chaude ..................................................... Error: Reference source not found

    1.7.1. La chaudire de production d'eau chaude foyer borgne ........... Error: Reference source not

    found

    1.7.1.1. Prsentation ................................................................... Error: Reference source not found

    1.7.1.2. Principe ......................................................................... Error: Reference source not found

    1.7.2. Chaudire de production d'eau chaude foyer borgne haut rendement ............. Error: Reference

    source not found

    1.7.3. Chaudire eau chaude 3 parcours en ligne ........................... Error: Reference source not found

    1.7.4. Chaudire eau chaude 3 parcours condensation ...................... Error: Reference source not found

    1.7.5. Chaudire eau chaude avec batterie de condensation ................ Error: Reference source not found

    1.7.6. Chaudire condensation pour extrieur .................................. Error: Reference source not found

    1.7.7. Chaudire eau chaude sanitaire et production eau chaude industrielle

    condensation ......................................................................................... Error: Reference source not found

    1.7.7.1. Les applications ............................................................. Error: Reference source not found

    1.7.7.2. La conception gnrale .................................................. Error: Reference source not found

    1.7.7.3. Le descriptif technique .................................................. Error: Reference source not found

    1.7.7.4. Les avantages ................................................................ Error: Reference source not found

    1.8. Les chaudires vapeur ............................................................ Error: Reference source not found

    1.8.1. Chaudires tubes de fumes ............................................ Error: Reference source not found

    1.8.2. Les chaudires tubes deau ............................................. Error: Reference source not found

    2

  • 3

  • INTRODUCTION GENERALE

    Les productions de vapeur ou deau chaude occupent une place prpondrante dans la majeure

    partie des activits industrielles (alimentaires ou non), hospitalires voire tertiaires. Ce

    dispositif permettant de chauffer l'eau et de produire de la vapeur si l'eau est chauffe au-del

    de la pression atmosphrique est la chaudire. Lnergie thermique peut tre produite de

    diverses manires : soit par combustion, soit par effet Joule avec llectricit, soit par le

    nuclaire. Mais pour les applications nergtiques courantes, elle est surtout obtenue par

    combustion solide, liquide ou gazeux dans de loxygne de lair en gnral (ou de loxygne

    pur dans des applications particulires).

    La transmission de la chaleur de combustion au fluide caloporteur se fait par rayonnement,

    conduction, convection dans un appareil complexe appel chaudire .

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

    fonctionnement 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 1er sicle aprs JC avec

    linvention de lolipile par Hron dAlexandrie. La chaudire trouve donc son origine qui

    remonte la plus haute antiquit.

    En effet, depuis que lhomme a dcouvert le mode de vie qui consiste faire bouillir ses

    aliments, il a ainsi amorc la mise au point dune chaudire. Mais il a fallu attendre jusqu la

    fin du 17me sicle pour voir effectivement apparatre la Marmite de Papin, premire

    application rellement industrielle de la chaudire. Elle sera ensuite trs tt suivie de la

    premire tentative dapplication de la force motrice de la vapeur la navigation. Ainsi, les

    premires machines vapeur destines llvation de leau on encore la propulsion des

    voitures ont fait leur apparition vers le milieu du 18me sicle. Une ralisation remarquable en

    France fut alors le fardier en 1769 mis au point par lIngnieur militaire CUGNOT ; le fardier

    est destin la traction des pices dartilleries. Des amliorations successives, surtout partir

    de 1828, vont conduire la mise au point de la premire chaudire tubulaire en Grande

    Bretagne. Mais auparavant, James Watt, qui se livrait des tudes trs srieuses sur la vapeur

    deau, le dveloppement spectaculaire connu dans le domaine des chaudires va inciter la

    4

  • perfection notamment avec la mise au point et lapplication dautres changeurs de chaleurs

    que sont : le surchauffeur et lconomiseur.

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

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

    fioul, charbon) ou une rsistance lectrique.

    Le prsent expos porte sur le thme ETUDE DES CHAUDIERES A EAU CHAUDE ET A

    VAPEUR DEAU : Technologie, Combustibles, et Qualit deau dalimentation . Il

    comportera cinq chapitres. Ce premier abordera la technologie, la classification et le principe

    gnral des chaudires.

    5

  • CHAPITRE 1 : TECHNOLOGIE ET TYPES DE CHAUDIERES

    Une chaudire est un appareil dans lequel, par apport de chaleur, un fluide caloporteur subit

    un chauffage et ventuellement un changement dtat (la vaporisation). La chaudire est, en

    fait, un gnrateur de vapeur. La vapeur deau est obtenue laide de leau et de la chaleur

    dgage par la combustion des combustibles.

    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

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

    fioul, charbon) ou une rsistance lectrique.

    1.1. Types de chaudires

    Dans une chaudire, leau peut tre successivement chauffe (chaudire eau chaude),

    simplement vaporise (chaudire vapeur sature) et surchauffe (chaudire vapeur

    surchauffe). Ce qui donne une ide globale des types de chaudires en fonction de la vapeur

    produite.

    1.2. Classification des chaudires

    Il existe une grande varit de types de chaudires. Une classification peut considrer

    plusieurs points de vue.

    1.2.1. Selon le mode demploi

    Selon ce mode on distingue :

    Les chaudires fixes Les chaudires mobiles avec lapplication la traction motrice1.2.2. Selon la disposition gnrale

    On distingue dans ce mode :

    Les chaudires horizontales Les chaudires verticales

    1.2.3. Selon le mode de construction

    6

  • Il y a dans ce mode, trois types de chaudires :

    Les chaudires bouilleurs ; Les chaudires tubes fumes Les chaudires tubes deau ou faisceaux tubulaires.

    Cest ce mode de classification qui est utilis en pratique. Cependant, il existe dautres modes

    de classification qui sont tout aussi employs que celui-ci.

    1.2.4. Selon le mode chauffage

    Dans ce mode, on se base sur la disposition du foyer ; ainsi, on distingue :

    Les chaudires foyer intrieur lappareil Les chaudires foyer extrieur.

    1.2.5. Selon la nature de la vapeur produite

    La nature de la vapeur gnre par une chaudire est en troite relation avec la pression de

    vapeur tablie. On distingue alors :

    Les chaudires basse pression : P < 5 bars Les chaudires moyenne pression : 5 bars < P < 45 bars Les chaudires haute pression : jusqu la pression critique qui est P = 225,5

    bars Les chaudires pression supercritique : P > 225,5 bars

    1.2.6. Selon la vitesse de circulation de leau

    Selon ce mode de classification, on distingue quatre classes de chaudires :

    Classe A : ce sont les chaudires dites sans circulation : V < 1 m/s Classe B : ce sont les chaudires dites circulation modre : 1 < V < 5

    m/s Classe C : ce sont les chaudires dites circulation acclre : 5 < V < 9

    m/s Classe D : ce sont enfin les chaudires circulation force : V 10

    m/s.

    Plus techniques sont aussi les modes de reconnaissance et de caractrisation sur le site de la

    pression installe et de la pression de service. Cest pour cette raison quon a dfini le

    timbre dune chaudire .

    En effet, selon le dcret du 02 Avril 1926, portant rglementation sur les appareils pression,

    le timbre dune chaudire est la pression de leve des soupapes de sret qui assure la

    scurit en cas de dpression accidentelle, lesdites soupapes tant capable dvacuer

    7

  • latmosphre plus que le plein dbit de la chaudire. Le timbre sexprime donc en bar effectif

    et sa valeur correspond la limite dutilisation obligatoirement marque en rouge sur le

    manomtre rglementaire de la chaudire, la couleur rouge de danger tant choisie pour

    faciliter le contrle visuel de non dpassement.

    1.3. Technologie des chaudires

    La construction des chaudires dpend des facteurs suivants :

    La nature du fluide caloporteur (eau chaude, vapeur deau sature, vapeur

    surchauffe), Les conditions de service (tat physique : pression et temprature) ; La nature du combustible (solide, liquide, gazeux) ; La mise en uvre du combustible (manuelle, mcanique, brleurs,).

    Les constructeurs ont dvelopp de trs nombreux types de chaudires. Celles-ci subissent

    dailleurs constamment des modifications la suite des progrs scientifiques et

    technologiques ; nanmoins, il est possible de classer les chaudires en quelques catgories

    essentielles. Nous y reviendront plus en dtails mais avant, quelques notions simposent.

    Les chaudires, au point de vue construction peuvent tre en fonte ou en acier.

    1.3.1. Chaudires en fonte

    Les diffrents lments dune chaudire en fonte sont obtenus par moulage partir dun

    modle. Les chaudires en fonte se rencontrent dans la gamme des petites et moyennes

    puissances (puissances infrieures 2000th/h). Ce sont gnralement des chaudires eau

    chaude. La lgislation actuelle interdit lemploi de la fonte pour la ralisation des chaudires

    eau surchauffe plis de 110C et vapeur la pression de 0,50 bars effectif (soit 1,50 bars

    absolus). Dcret du 08 Septembre 1967 n-67782. La construction de ces chaudires

    seffectue par juxtaposition dun certain nombre dlments semblables mouls et assembls

    par boulons ou des tiges filetes.

    1.3.2. Chaudires en acier

    Les chaudires en acier sont obtenues par soudage partir de tles et de tubes. Il est alors

    possible de raliser les firmes les plus diverses. Ces chaudires sont utilises pour toutes les

    gammes de puissances. Ce type de construction est indispensable pour les appareils forte

    pression contenant de leau ( plus de 110C) ou de la vapeur ( plus de 0,50 bars).

    1.4. Constitution globale des chaudires

    8

  • Les chaudires se composent de diverses surfaces dchange appeles surfaces de chauffe et

    de rservoirs. Les surfaces de chauffe comportent plusieurs parties :

    i. Une partie principale o se produit le chauffage (eau chaude et eau surchauffe) ou la

    vaporisation ;ii. Des parties auxiliaires (pas toujours existantes dans les petites chaudires) dans

    lesquelles se droulent divers changes de chaleur tels que : Le rchauffeur dair de combustion ; Le rchauffeur deau dalimentation (conomiseur) ; Le surchauffeur de vapeur ; Et ventuellement, le surchauffeur de vapeur.

    1.4.1. Le foyer dune chaudire

    Le foyer est dit intrieur quand il est plac lintrieur dun des corps cylindriques de la

    chaudire, leau se trouvant autour du foyer.

    Le foyer est dit extrieur quand les flammes et les fumes se dveloppent lextrieur du ou

    des corps cylindriques constituant la chaudire. Lensemble est enferm dans une enceinte en

    maonnerie rfractaire munie de chicanes obligeant les gaz de la combustion balayer la

    surface extrieure des corps avant de se rendre la chemine.

    1.4.2. Les grilles

    Dans les chaudires chauffes au charbon, les grilles sur lesquelles brule le charbon, et qui

    sont caractrises par leur surface en m2, sont de types fixes ou mobiles.

    Les grilles fixes sont constitues par de simples barreaux de fonte juxtaposs et reposant sur

    des sommiers ; ces barreaux laissent entre eux lespace ncessaire pour le passage de lair de

    combustion.

    Les grilles mcaniques sont de types varis. Les plus couramment employs affectent la

    forme dune sorte de tapis mtallique claire-voie passant sur des rouleaux axe horizontale.

    1.4.3. Les tubes deau

    Reliant entre elles et certaines parties du corps de la chaudire, ces tubes, remplis en

    permanence deau, sont disposs dans le passage des gaz chauds au-dessus du foyer. Ces

    tubes peuvent tre verticaux, horizontaux ou inclins. Dans certains types de chaudires, les

    tubes deau constituent un ensemble trs important. Ces faisceaux tubulaires, qui contiennent

    la majeure partie de leau de la chaudire, ralisent la surface de chauffe. Quant au nombre de

    tubes de faisceaux, il est considrable et de lordre de plusieurs milliers dans les chaudires

    importantes (chaudires multitubulaires).

    1.4.4. Les tubes de fumes

    9

  • Ces tubes, dudgeonns sur le fond des corps, sont en contact avec leau par leur surface

    extrieure, et parcourus intrieurement par les gaz chauds.

    1.4.5. Les bouilleurs

    Ce sont des corps cylindriques annexes de petites dimensions, exposs directement aux

    flammes et relis par leurs deux extrmits au moyen de tuyaux courts et de large section au

    corps principal situ au-dessus. Une chaudire peut comporter 2, 4 ou mme 6 bouilleurs.

    1.4.6. Les surchauffeurs et resurchauffeurs

    Les surchauffeurs et resurchauffeurs sont constitus dune srie de serpentins tubulaires

    gnralement identiques dont lune des extrmits est raccorde sur un tube de gros diamtre

    ou collecteur dentre de vapeur et lautre sur un lment semblable ou collecteur de sortie.

    Suivant la longueur, chaque serpentin comprend un ou plusieurs tubes souds bout bout sur

    bagues. La liaison des tubes sur chaque collecteur se fait par soudure. Le mandrinage nest

    ralisable que si lpaisseur du tube reste assez faible (5mn maxi). Pour une forte paisseur de

    tube, il devient impossible de faire pntrer le mtal dans la gorge mnage dans lpaisseur

    du collecteur en vue dobtenir un complment de tenue et dtanchit. La fixation par

    soudage devient alors obligatoire.

    Les serpentins sont disposs verticalement ou horizontalement. Dans chacun des cas, suivant

    les ncessits, des supports sont prvus pour viter la dformation des lments. Le choix des

    matriaux employs est li la temprature de surchauffe :

    Pour des tempratures infrieures 425 450 C, les tubes et les collecteurs en acier

    doux sont utilisable. Le surchauffeur est plac entre les faisceaux tubulaires du

    gnrateur aprs les ranges de tubes soumises au rayonnement direct du foyer ; A partir de 450 500 C, il faut recourir des aciers allis. Les lments incorpors

    (molybdne, chrome et parfois silicium) permettent damliorer les qualits de ces

    aciers. Le molybdne est utilis en raison de sa qualit favoriser lamlioration de la

    rsistance chaud; le chrome et ventuellement le silicium assurent une meilleure

    tenue chaud, ceci tant surtout entran par une rsistance plus leve loxydation et

    la rupture. Quand la temprature crot, on augmente le pourcentage de chrome. Le

    surchauffeur est plac immdiatement la sortie de la chambre de combustion.

    Lors du fonctionnement de la chaudire, une lvation de la temprature de surchauffe peut

    tre constate. Pour protger les serpentins du surchauffeur, les conduites et les premiers

    tages du groupe turboalternateur, on utilise un dispositif de rgulation de surchauffe. Les

    resurchauffeurs sont situs aprs les surchauffeurs. Leurs surfaces dchange nest pas aussi

    10

  • tendues que celle des surchauffeurs. Cela sexplique par le fait quils reoivent de a vapeur

    encore surchauffe tandis que les surchauffeurs reoivent de la vapeur sature. Mais comme le

    volume massique de la vapeur resurchauffe est plus lev, les capacits des resurchauffeurs

    sont plus importantes. Le plus souvent, la temprature de resurchauffe a la mme valeur que

    celle de la surchauffe. Elle peut toutefois tre infrieure. Lorsque la pression de marche

    excde la pression critique, il peut y avoir une double surchauffe.

    1.4.7. Les conomiseurs

    Placs sur le circuit des fumes, immdiatement aprs les derniers faisceaux du gnrateur

    dans les chaudires moyennes, la suite des surchauffeurs et resurchauffeurs dans les

    installations de grandes puissances, les conomiseurs peuvent tre en fonte ou en acier. Ils

    sont constitus de tubes dont le nombre et la longueur varient selon :

    Le volume des fumes ; Les tempratures dentre et de sortie des fumes ; Les tempratures dentre et de sortie de leau dalimentation ; Lespace dont on dispose lintrieur de la chaudire ou lextrieur.

    Les conomiseurs entirement en fonte sont autoriss si le diamtre intrieur des tubes

    nexcde pas 100mm. Ce sont des tubes avec ailettes lorsquils peuvent tre isols de la

    chaudire par une vanne, une soupape de sret est obligatoire. La limite demploi des

    appareils en fonte est dtermine daprs la rsistance de la qualit de fonte utilise. Cest le

    constructeur de lappareil qui le dfinit. A partir dune certaine pression, lemploi exclusif de

    la fonte nest plus possible. Un matriau mixte est alors utilis. Les tubes sont alors en acier

    entours de manchons en fonte portant des ailettes chaud sur la paroi des tubes. Lavantage

    de la fonte qui consiste dans sa meilleure tenue lusure et loxydation est conserv. Les

    lments en acier sont raccords chaque extrmit, soit par des coudes en acier fixs par des

    brides boulonnes, soit par soudage suivant la pression de fonctionnement des appareils. Dans

    certains conomiseurs, les tubes sont acier avec des ailettes en acier lorsque les produits de la

    combustion ne sont pas de nature provoquer une usure ou une attaque plus ou moins rapide

    des ailettes. Les tubes peuvent tre seulement en acier paroi lisse. Les conomiseurs peuvent

    tre tubes horizontaux ou verticaux.

    1.4.8. Les rchauffeurs dair

    Les rchauffeurs dair placs aprs les conomiseurs reoivent les fumes des tempratures

    variant de 350 400C. Ils sont constitus :

    11

  • de plaques parallles (3 20mm dcartement) entre lesquelles circulent

    alternativement lair et les gaz ; ou des faisceaux dudgeonns ou souds dans deux plaques tubulaires et o passent

    les gaz.

    Lair circule autour des tubes par des jeux de chicanes, ou mme normalement aux tubes grce

    aux tles de sparation perpendiculaires aux tubes. La circulation est donc dans lensemble

    contre courant, mais croise dans chaque section. Le plus souvent, on emploie des tubes nus,

    mais comme pour les surchauffeurs et conomiseurs, il peut tre avantageux dutiliser des

    ailettes. Dans ce cas, les formes de celle-ci ne doivent pas favoriser lencrassement. Par

    contre, elles doivent permettre le nettoyage facile.

    On a aussi utilis des tubes de fonte ou des tubes recouverts de pices en fonte avec ou sans

    ailettes surtout dans les parties basses tempratures.

    Le rchauffeur dair rotatif Ljungstrm, rchauffeur dair rgnratif, constitu par un

    empilement de tles ondules de 1 mm dpaisseur, disposes dans une srie de secteur du

    rotor tournant 3 5tours/min connat un grand dveloppement. Les secteurs sinsrent

    alternativement dans des conduits de gaz chauds et dair. Chacun se trouve alors

    successivement traverss par les gaz, puis par lair. La sparation entre les deux fluides est

    assure par les parois des secteurs.

    Le mode dquipement en matire du rchauffage dair de combustion varie selon le

    combustible dont la teneur en souffre peut tre forte, faible ou nulle. Il est admis que les

    parois les plus froides des rchauffeurs sont sensiblement gales la moyenne entre la

    temprature de lair lentre et la temprature des fumes la sortie. Pour viter une forte

    condensation acide sur leur surface, il faut protger les rchauffeurs.

    1.5. Principaux circuits dune chaudire et les facteurs influenant leur

    fonctionnement

    Les principaux circuits dune chaudire sont :

    Le circuit deau dalimentation de la chaudire ; Le circuit dalimentation en combustible ; Le circuit dalimentation en air ; Le circuit deau chaude ou de vapeur (sature ou surchauffe) produite, Le circuit dextraction des fumes produites par combustion.

    12

  • Le fonctionnement dune chaudire fait essentiellement intervenir trois facteurs :

    La combustion dun combustible (ou la production de chaleur partir de sources

    lectrique et nuclaire respectivement pour les chaudires lectriques et nuclaires) ; Le passage des fumes de combustion dans la chaudire depuis le foyer de

    combustion jusqu la chemine, Et le transfert de chaleur des produits de la combustion au fluide caloporteur (de leau

    essentiellement dans le cadre de cette tude).

    Ces trois facteurs auront des influences notables sur le rendement de lensemble et sur le

    fonctionnement correct de lappareil au cours du temps.

    1.6. Circulation dans une chaudire

    On entend par circulation dans une chaudire, lensemble des courants ascendants des bulles

    de vapeur et des courants ascendants deau.

    Une circulation facile est indispensable au fonctionnement de la chaudire. Cest ainsi que

    dans les chaudires, une bonne circulation de leau ncessite une certaine vitesse.

    - Des vitesses trop faibles de lmulsion deau et de vapeur peuvent conduire la

    formation de poche de vapeur dans les tubes vaporateurs.- Une bonne circulation, uniformisant la temprature deau, vite dabord des

    dformations pouvant entraner des tensions locales. Enfin, elle vite larrive de

    grosses bulles dans les collecteurs de vapeur ainsi que lmulsion tumultueuse qui

    favorise un phnomne particulier appel primage . le primage est lentranement

    de leau dans de la vapeur (mais aussi linverse i.e. de la vapeur dans de leau).

    La circulation dans la chaudire peut normalement tre des trois catgories que sont : la

    circulation naturelle, la circulation contrle et la circulation force.

    1.6.1. La circulation naturelle

    La circulation naturelle est base sur le principe de densit entre leau dans les tubes

    vaporisateurs et les tubes de retour. En effet, lorsquon chauffe un fluide, sa masse volumique

    diminue. La colonne de droite (figure n1), la premire recevoir de la chaleur du foyer, est

    plus chaude que la partie de gauche. Il y a alors une circulation du fluide de la colonne froide

    au collecteur suprieur en passant par la colonne chaude.

    13

  • Figure n1 : Principe de la circulation naturelle (thermosiphon)

    Dans les chaudires vapeur, ce phnomne est encore acclr par la prsence de vapeur

    dans la colonne montante. Lintensit de la circulation sera dautant plus forte que le volume

    occup par la vapeur sera plus grand dans la colonne ascendante.

    Les vitesses obtenues dans la plupart des appareils se situent entre 0,35 et 1 m/s. les vitesses

    leves seront recherches pour les chaudires de haute pression du fait de limportance du

    flux rayonnant au niveau du foyer et de leur hauteur grande en gnral.

    Nous constatons dailleurs une augmentation avec la pression du titre de la vapeur produite

    par les chaudires actuelles. Mais au fur et mesure que la pression et la temprature de

    service augmente, la masse volumique de la vapeur crot e tend se rapprocher de celle de

    leau.

    Les deux valeurs sont gales (masses volumiques la pression critique, et mme avant quelle

    soit atteinte, il faut une intervention mcanique pour assurer le mouvement de leau dans la

    chaudire : ce qui est dsign par la circulation force. Comme chaudires circulation

    naturelle, nous avons :

    Les chaudires dites sectionnelles Les chaudires de type Stirling Les chaudires sans faisceaux rayonnement

    Dans les chaudires sectionnelles, chaque nappe verticale de tubes comprise entre un

    collecteur dalimentation et un collecteur de vapeur constitue une section. Les retours deau

    ne sont pas chauffs. Ces chaudires offrent de grands avantages de construction :

    - Un seul rservoir avec peu de perages

    14

    Rservoir infrieur

    Fluide froid

    Rservoir suprieur

    Gaz chauds

    Tubes deau

    Flamme

  • - Des tubes droits- La possibilit de libre dilatation de chaque section

    Les tubes sont inclins de 15 et mandrins leurs extrmits des collecteurs. Cette

    construction a t gnralis par les socits BABCOCK et WILCOCX.

    Le type marine avec rservoir transversal sest substitu au type prcdent pour les

    grandes chaudires des centrales thermiques.

    Dans les sectionnelles, la circulation ne se fait pas toujours de faon parfaite. Pour defaibles charges de ces chaudires, la vitesse du mlange eau-vapeur dans les tubes

    vaporisateurs peut devenir trs faible voire sannuler. Si la condition pour que la

    circulation ascendante de leau puisse stablir dans les tubes Pm > Pc (avec Pm la

    pression motrice et Pc la pression quivalente aux pertes de charges dans les tubes)

    nest pas satisfaite, on assiste alors un renversement de la circulation. Leau scoule

    alors vers le collecteur dalimentation tandis que la vapeur saccumule dans la partie

    suprieure des et schappe vers le haut. Il y a donc dgagement de vapeur seule. Dans

    ce cas, les conditions de transfert de chaleur sont par consquent modifies. La vapeur

    refroidissant beaucoup moins les tubes que leau. Comme dans cette zone, la

    temprature des gaz chauds de combustion peut dpasser 600C, on a en gnral un

    bon risque de surchauffe du mtal et en particulier lattaque de lacier par de la vapeur

    deau (chimie des classes secondaires). Cela explique les dommages souvent constats

    dans cette zone intermdiaire et la corrosion dans la partie des tubes opposs au feu

    lendroit o les porches de vapeur sjournent des parties suprieures des tubes. Les chaudires Stirling sont des chaudires plusieurs rservoirs ncessitant des tubes

    cintrs afin de permettre leur dilatation ingale. Ces chaudires se sont dveloppes

    partir du moment o il tait devenu possible de fabriquer des tubes souds. Cela a

    permis :- dobtenir des tubes plus longs, donc de produire plus de vapeur ; - davoir aussi des inclinaisons de tubes lus importants amliorant ainsi la circulation

    naturelle. La pression limite nexcdait pas toutefois 60 bars. Dans les chaudires sans faisceaux rayonnement, il nexiste plus quun seul

    rservoir avec des collecteurs dalimentation (diffrence avec les chaudires Stirling)

    des tubes crans deau relis ce rservoir par des tubes de retour extrieurs au foyer.

    Dans ces gnrateurs, les parois des chambres de combustion sont entirement

    recouvertes dcrans deau. Elles ne comportent donc plus de matriaux rfractaires

    15

  • mais seulement une isolation calorifique. Dans ce cas, la grande surface des parois de

    la chambre garnie de tubes dcrans est alors suffisante pour assurer, par

    rayonnement ; la vaporisation de leau sans quil y ait besoin de recourir un faisceau

    travaillant en convection. La grande puissant de vaporisation (jusqu 2000 tonnes de vapeur /heure) ncessite

    dbit de combustible important, ce qui produit un dbit de fumes trs grand. Il est

    donc ncessaire de construire des chaudires dont le volume de la chambre de

    combustion est trs grand. La temprature de la chambre de combustion devant tre limite pour viter que les

    parois soient salies par la fusion des cendres ; il faut donner aux parois une grande

    efficacit de refroidissement.

    Ces chaudires peuvent tre quipes dun foyer mcanique mais elles sont, le plus souvent,

    munies dune batterie de brleurs fuel ou gaz.

    Cest dans cette catgorie de chaudire que lon classe les chaudires destines aux grandes

    centrales thermiques modernes, productrices dnergie lectrique, de forte puissance et

    haute pression.

    1.6.2. La circulation contrle

    La circulation contrle est un cas de circulation force. Les chaudires dont le

    fonctionnement repos sur le principe de la circulation force se ramnent deux types:

    Les chaudires circulation en drivation ou re-circulation ou circulation un

    circuit ferm ou encore circulation contrle; Les chaudires circulation en drivation en srie ou encore circulation en

    circuit ouvert.

    Comme exemple de la chaudire circulation contrle, nous avons la chaudire La Mont.

    Celle-ci diffre de la chaudire circulation naturelle par linstallation de pompe sur les

    tuyaux de retour deau reliant le rservoir R aux collecteurs dalimentation B des tubes

    vaporisateurs.

    16

    Collecteur (C)

    Vapeur sature

    Surchauffeur (S)

    Vapeur surchaufe

    Vaporisateur (V)

    Arrive deau

    Pompe (P)

    Rservoir (R)

  • Figure n-2 : Circulation contrle dans une chaudire La Mont

    La rpartition de leau dans les tubes branchs sur le collecteur se ralise au moyen de tuyres

    calibres places lentre de chaque tube. Une crpine permet darrter des particules

    solides ventuellement prsentes dans leau dalimentation. Dans ce type de chaudire, la

    circulation tant tablie avant lallumage du feu, il nest pas ncessaire dattendre ce que

    stablisse la circulation ; elle seffectue naturellement ce qui rduit le temps de mise en

    service.

    Lintrt conomique des chaudires de type La Mont rside surtout au niveau de

    linvestissement (tubes moins gros et plus minces, donc moins chers) ; cela a t dmontr

    pour de fortes puissances. On admet gnralement quil est ncessaire datteindre au moins

    une pression gale 160 bars.

    1.6.3. La circulation force

    La circulation force a lavantage dassurer une vitesse convenable de fluide dans les tubes de

    formes quelconques quelle que soit la pression de la chaudire.

    Dans la circulation en srie, ou circulation en circuit ouvert, il ny a pas de rservoir

    daccumulation deau et de vapeur. La vaporisation seffectue entre lchauffement et la

    surchauffe dans un circuit.

    Leau refoule par la pompe est vaporise puis surchauffe et dlivre directement la sortie

    des tubes de chauffe. Cest le cas avec les chaudires Benson, Sulzer, Lffler. Ces chaudires

    peuvent employes aussi bien pour les pressions infrieures la pression critique que pour des

    pressions suprieures (chaudires hypercritiques). Nanmoins, dune manire gnrale, on

    nemploie pas des chaudires circulation force pour des pressions infrieures 80 bars (en

    raison du cot).

    La circulation force permet de faire circuler leau dans les tubes et dans les collecteurs ds

    lavant mise feu et pendant les oprations de dmarrage. Cela constitue un avantage

    apprciable car il en rsulte une rpartition plus uniforme de la temprature du mtal et des

    dilatations de lensemble du gnrateur.

    La circulation force ne supprime pas ncessairement tout risque dasschement. La zone

    dvaporation est suivie dune zone de surchauffe dont la perte de charge est importante et

    joue le rle de stabilisateur. Mais la possibilit de rgime instable subsiste. Dans les

    chaudires circulation force, lemploi de petits tubes et la ncessit de prvoir des pertes de

    charges stabilisatrices entrane une chute importante (leve) entre lalimentation en eau et la

    17

  • sortie de la vapeur denviron 30 40% de la pression dadmission (250bars) contre 20 25%

    pour une chaudire circulation naturelle.

    A prsent, nous allons tudier les chaudires eau chaude et les chaudires vapeur.

    1.7. Les chaudires eau chaude

    Ces chaudires ont t conues selon les principes de robustesse des chaudires industrielles.

    Elles rpondent tous les besoins de chauffage des collectivits, ensemble commerciaux

    et rsidentiels, ensembles scolaires et universitaires, centres sportifs, piscines, hpitaux,

    usines, serres de culture,... etc.

    1.7.1. La chaudire de production d'eau chaude foyer

    borgne1.7.1.1. Prsentation

    La chaudire est en acier, monobloc, horizontale et cylindrique. Elle

    est d'un encombrement rduit facilitant sa mise en place en

    chaufferie.

    Elle peut tre quipe indiffremment d'un brleur fuel, gaz ou

    mixte, suivant les prconisations des diffrents

    constructeurs. Une large porte avant, recevant le brleur,

    permet l'accs total au foyer et au faisceau tubulaire. La

    bote fumes arrire, totalement intgre au corps de la

    chaudire, est munie d'un fond dmontable et d'une ou deux trappes de visite pour

    nettoyage. Une jaquette en tle pr laque, dmontable, protgeant une isolation en laine

    minrale de 80mm d'paisseur, habille esthtiquement la chaudire.

    Fig. 3. Chaudire eau chaude foyer borgne

    1.7.1.2. Principe

    La chaudire possde un foyer borgne pressuris inversion de flamme constituant les deux

    premiers parcours. Ce principe de re-circulation des gaz de combustion dans la flamme

    permet d'atteindre une combustion optimale faible excs d'air.

    Figure. 4. Vue montrant le foyer de la chaudire eau chaude foyer borgne

    18

  • Tableau 1: Modles et caractristiques des chaudires eau chaude foyer borgne

    Le troisime parcours des gaz s'effectue dans un faisceau horizontal de tubes de fumes

    judicieusement rpartis au dessus du foyer laissant parfaitement libre le fond de la chaudire.

    Les tubes de fumes, lisses, reoivent des tubulures en acier pas variable, conus pour

    accrotre l'nergie dynamique des gaz de combustion et permettre l'ensemble d'atteindre des

    performances leves. La disposition du retour d'eau l'arrire et en partie basse ainsi que la

    libre circulation sous le foyer permettent d'assurer une bonne irrigation de toutes les zones

    d'change (principe de l'irrigation en diagonale).

    19

  • 1.7.2- Chaudire de production d'eau chaude foyer borgne haut rendement

    Dveloppe pour assurer un coefficient beaucoup plus lev (3

    toiles) que les chaudires standard, elle a les mmes

    caractristiques que la chaudire REX standard avec

    l'incorporation de tubulures d'extrusion en aluminium. Les

    chaudires REX 140-350F sont calorifuges et isoles avec un

    revtement en aluminium install l'usine. Figure 5 Chaudire

    foyer borgne haut rendement

    Tableau 2: Modles et caractristiques des chaudires eau chaude foyer borgne haut

    rendement.

    1.7.3- Chaudire eau chaude 3 parcours en ligneLes chaudires de la srie GREENOx BT sont triple parcours des gaz de fume et foyer

    flamme passante, une solution qui permet de rduire l'mission des substances polluantes

    comme les oxydes d'azote (NOx), tout en utilisant des brleurs traditionnels. Les

    caractristiques qui distinguent les gnrateurs GREENOx de grosse puissance sont le

    revtement de type industriel en aluminium gaufr et une couche paisse de matriel

    calorifuge. Grce aux protections spciales anti-condensations, comme l'utilisation d'un tuyau

    20

  • double paroi isol lame d'air diffrencie, les chaudires de la srie GREENOx BT

    peuvent fonctionner avec de l'eau basses tempratures (retour minimum 35C). Revtement

    industriel en aluminium gaufr.

    Figure 6. Chaudire eau chaude 3 parcours en ligne

    Tableau 3 : Modles et caractristiques des chaudires

    eau chaude 3 parcours en ligne

    1.7.2. Chaudire eau chaude 3 parcours condensation

    Ce sont des gnrateurs de chaleur condensation prdisposs pour une installation

    individuelle ou modulaire. Dimensions compactes, contenu en eau lev, elles ont un

    rendement jusqu' 107%.

    Tableau 4 : Modles et caractristiques des chaudires eau chaude 3 parcours en

    condensation

    21

  • La chaudire STELT est un gnrateur de chaleur

    brevet par ICI CALDAIE qui assure une simple et

    facile application de la condensation mme sur la plus

    grande partie des installations existantes. Les parties

    intrieures en contact avec les produits de la

    combustion et la conduite de l'eau sont entirement

    ralises en acier INOX AISI 316 Ti.

    Figure 7. Chaudire eau chaude 3 parcours

    condensation

    1.7.3. Chaudire eau chaude avec batterie de condensation

    Les gnrateurs de chaleur GREENOx BT COND sont des gnrateurs flamme passante

    triple parcours des gaz de fume et fond mouill au fonctionnement compltement

    automatique. Conus pour fonctionner aux basses tempratures avec l'utilisation de la

    technologie deux tuyaux qui permet des tempratures de retour jusqu' 354 C, ils sont

    quips pour un fonctionnement condensation avec une batterie de condensation de grande

    superficie construite entirement en acier INOX 316 Ti.

    22

  • Figure 8 . Chaudire eau chaude avec batterie de condensation

    Tableau 5 : Modles et caractristiques des chaudires eau chaude avec batterie de

    condensation

    Figure 9. Chaudire eau chaude condensation pour extrieur

    1.7.6- Chaudire condensation pour extrieur

    23

  • Groupe thermique modulaire condensation basse charge thermique, prvu pour un

    fonctionnement avec combustibles gazeux. Les brleurs de type modulant sont air

    puls, corps cylindrique rayonnement et basses missions de NOx. Les parties en

    contact avec les produits de combustion - foyer et plaques de fumes - sont entirement

    construites en acier INOX stabilis utitane AISI 316 Ti. L'habillage externe est en

    acier INOX AISI 316 L, calorifug l'intrieur avec une trs paisse couche de laine de

    verre haute densit. Chaque module est dot de quatre commandes avec rgulateur de

    temprature numrique pour la gestion du brleur. Le groupe thermique WALL peut

    tre constitu de 1 un maximum de 4 modules pour une puissance maximum de

    600kW utile, et comprenant des collecteurs hydrauliques, des collecteurs de fumes et

    des dispositifs de scurit.

    Dans le cas de 2 ou plusieurs modules (WALL 300, 450 et 600), un rgulateur appropri

    permet une gestion en cascade des gnrateurs.

    Tableau 6 : Modles et caractristiques des chaudires eau chaude condensation pour

    extrieur

    1.7.4. Chaudire eau chaude sanitaire et production eau chaude industrielle

    condensation

    1.7.4.1. Les applications

    La chaudire condensation rpond, dans l'habitat collectif, le moyen et le grand tertiaire

    ainsi que dans l'industrie aux besoins d'eau chaude sanitaire, de service et de process. Sa

    24

  • conception technique, depuis plus de 20 ans, a fait la preuve de sa fiabilit dans tous ces

    domaines d'application. Divers perfectionnement en font un matriel qui demeure sans gal

    par les avantages techniques et d'exploitation qu'il apporte. De plus, c'est un produit dj

    largement connu dans l'Union Europenne (France, Belgique, Grande Bretagne, Pays-Bas,

    Allemagne) ainsi qu'en Suisse.

    1.7.4.2. La conception gnrale

    Le brleur gaz air souffl est mont sous un foyer vertical dans lequel la flamme se

    dveloppe de bas en haut. A la partie suprieure du foyer, les produits de combustion entrent

    dans un ou deux tubes de fumes constitus de serpentins, en acier inoxydable

    a u s t n i t i q u e q u i s o n t e n r o u l s a u t o u r d u f o y e r .

    Les produits de combustion circulent de haut en bas dans ce(s) serpentin(s) et sont collects

    dans une bote de fumes sous laquelle est raccorde une tubulure d'vacuation des

    condensats. L'ensemble du corps de chauffe (foyer et tubes de fumes) baigne dans l'eau

    rchauffer. Le dpart d'eau chaude est en partie haute pour que l'eau qui se rchauffe circule

    de bas en haut.

    1.7.4.3. Le descriptif technique

    La chaudire condensation comprend :

    un foyer cylindrique vertical

    un (ou deux) tube(s) de fumes

    form(s) en serpentin

    une cuve quipe de deux orifices de

    visite (l'un sur le fond suprieur,

    l'autre l'arrire en bas de la virole.

    Cet ensemble est entirement en

    acier inoxydable austnitique et

    prvu pour une pression de marche

    jusqu' 7 bars.

    une soupape de scurit est fournie

    une bote de fumes, en acier

    inoxydable

    25

  • un brleur air souffl une allure (2 allures sur le 150 kW - en option - et le 300

    kW) Figure 10. Chaudire eau chaude sanitaire

    - allumage par train d'tincelles

    - contrle de flamme par ionisation

    - dbit de gaz contrl par multi bloc

    un tableau de bord comprenant :

    - bouton marche/arrt

    - thermostat de rglage

    - thermostat limiteur pour viter la monte en temprature excessive lors d'un puisage

    discontinu

    - thermostat de scurit

    - voyant haute temprature

    - voyant dfaut brleur

    une isolation de la cuve par de la laine de verre protge par une feuille d'aluminium

    un habillage paralllpipdique en tle laque.

    1.7.4.4. Avantages

    L'conomie d'nergie: Rendement 105% PCI (eau rchauffe 65C); ce rendement tant

    trs peu influenc par une augmentation de la temprature de consigne

    la qualit de l'eau est parfaitement prserve grce l'utilisation exclusive de l'acier

    inoxydable austnitique.

    Une longue dure de vie grce l'utilisation exclusive de l'acier inoxydable austnitique.

    L'appareil chaudronn est garanti 5 ans (sous rserve que le taux de chlorure de l'eau soit

    < 80 mg/L).

    L'conomie d'entretien

    Les installations possibles

    - l'intrieur des btiments desservir

    - l'extrieur des btiments desservir

    La souplesse de service

    La prservation de l'environnement: Les missions de NOx sont infrieures 100

    mg/kWh.

    1.8. Chaudires vapeur

    Les chaudires vapeur se classent en deux catgories essentielles selon les parcours des

    fumes de combustion. Ainsi, les fumes peuvent circuler soit :

    lintrieur des tubes et on dsigne ces chaudires comme tant tubes de fumes ;

    26

  • lextrieur des tubes, tubes lintrieur desquels circule leau : ce sont des chaudires

    tubes deau.1.8.1. Chaudires tubes de fumes

    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.

    Les chaudires tubes de fumes sont des chaudires circulation naturelle. Le volume de

    leau chauffe est assez important. Si ces chaudires sont chauffes au fuel, ou au gaz, elles

    peuvent alors tre conduites de faon automatise. Elles sont trs compactes et peuvent donc

    tre entirement montes et essayes en atelier avant dtre expdier sur le site pour la mise

    en marche. Mais partir de 20 bars, cette construction devient dlicate cause des paisseurs

    prvoir pour le corps. La puissance de ces chaudires est relativement faible. De nos jours,

    la production maximale de vapeur est de 30 tonnes/heure pour une pression maximale de 25

    bars.

    Le principe mme de ces chaudires ne se prte gure lobtention de vapeur surchauffe.

    Cependant, la production de vapeur surchauffe est possible. Le surchauffeur est alors plac,

    soit dans la boite de retour, soit dans la chambre de rversion. Dans ces types de chaudire

    cest le tube foyer, o se droule la combustion qui risque le plus de dtrioration par la

    surchauffe du mtal (rayonnement des flammes). Pour limiter sa temprature, il est ncessaire

    de maintenir parfaitement propre la surface extrieur u tube foyer afin dobtenir un change

    thermique optimal. 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.

    27

  • Figure 11. Chaudire tube de fume

    1. Foyer 2. Tube de fume 2me passe

    3. Tube de fume 3me passe 4. Bote arrire refroidissement par eau

    5. Chambre de combustion 6. Brleur

    7. Ventilateur de combustion 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 + manomtre

    Il y a donc circulation des gaz de combustion dans des tubes assurant, par conduction vers

    leau de la cuve, la vaporisation par apport de calories. 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.

    28

    1

    12

    11

    4

    10

    13

    2

    5

    6

    8

    9

    7

    3

    14

  • Figure 12. Chaudire tubes de fume

    Lgende :

    1- Soupape de sret 2- Visite3- Dtecteur de manque deau 4- Prise de vapeur5- Niveau de leau 6- Bote fume7- Bote de retour 1050 1150C 5- Extraction (purge)9- Support 10- Tube foyer11- Ouvreau 12- Brleur 13- Tube de fume 14- Chambre de rversion 420 460C

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

    chaudire tubes de fume pour produire de vapeur surchauffe.

    29

  • Les chaudires tubes de fume BABCOCK WANSON se caractrisent par ladquation

    optimale du couple chaudire/brleur qui optimise le rendement et garantit le respect des

    normes environnementales. BABCOCK WANSON associe galement des services sur

    mesure.

    Figure 13. Evolution du rendement de la chaudire BABCOCK

    La vapeur est gnre en chauffant un important volume deau, au moyen de fumes produites

    par combustion de gaz ou fioul et circulant dans des tubes immergs. Cest la technique la

    plus classique pour la production de vapeur sature, deau ou de vapeur surchauffe pour une

    gamme de dbits de 160 50 000 kg/h (112 34 000 kW).

    Figure 14. Chaudire tube de fume BABCOCK

    30

  • Gamme de chaudires tubes de fume BABCOCK WANSON:

    Production de vapeur : de 160 kg/h 50 t/h (112 34 000 kW) Sries 3 parcours de fume,

    bote noye ou bote aquatubulaire, Pression de service de 10 18 bar en standard, plus sur

    demande pour les applications spcifiques. Production d'eau surchauffe: gamme de 1368

    15000kW possibilit de production deau chaude pour les chaudires > 5MW, avec

    environnement particulier.

    Srie Dbit vapeur maxi (t/h) Pression (bar) Rendement (%)BWB 3 10 18 88/90(1)BWD 10 10 18 95(2) / 97(3)BWR 30 10 18 95(2) / 97(3)

    (1) Rendement la puissance nominale

    (2) Rendements la puissance nominale avec conomiseur

    (3) Rendement avec le pack Ecosteam

    Toutes les chaudires tubes de fume BABCOCK WANSON se caractrisent par

    ladquation optimale du couple chaudire/brleur qui optimise les changes thermiques par

    rayonnement et par convection et amliore le rendement et le respect des normes

    environnementales des gaz de combustion (NOx, CO).

    Figure 15. Modle BWB

    31

  • Figure 16. Modle BWD

    Figure 17. Modle BWR

    1.8.2. Chaudires tubes deau

    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.

    Les chaudires tubes deau sont de loin les plus utilises. Dans ces chaudires, la circulation

    de leau peut se faire de diffrentes faons ; elle peut donc tre :

    Naturelle (circulation naturelle) Contrle (circulation circuit ferm ou circuit ouvert).

    Dans ce type de construction, c'est le fluide caloporteur (leau) qui circule lintrieur des

    tubes plongs dans les gaz de combustion.

    Comme chaudires tubes deau, nous avons :

    32

  • Les chaudires sectionnelles ; Les chaudires faisceaux tubulaires ; Les chaudires rayonnement.

    Outre les chaudires tubes de fumes et celles tubes deau, il existe des chaudires lames

    deau. Celles-ci sont obtenues partir dlments lamins plats. Elles supportent mal les

    pressions intrieures leves. Elles sont rserves aux petites installations domestiques. Leurs

    puissances sont comprises entre 120 et 150 th/h. La base de classement serait encore la

    production horaire de vapeur et lquivalent approximatif en production de chaleur pour les

    gnrateurs eau chaude sous pression. 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 faisceau 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

    vaporisateurs, 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. Il y a donc circulation de leau dans des tubes placs

    lintrieur dune enceinte contenant les gaz chauds.

    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.

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  • Tableau 7. Comparaison des performances

    Figure 18. Chaudires tubes deau

    La figure suivante est assez rvlatrice des dispositions des diffrentes composantes dune

    chaudire tubes deau.

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  • Figure 19. Vue de la structure interne dune chaudire tubes deau

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    TABLE DES MATIERESINTRODUCTION GENERALECes chaudires ont t conues selon les principes de robustesse des chaudires industrielles. Elles rpondent tous les besoins de chauffage des collectivits, ensemble commerciaux et rsidentiels, ensembles scolaires et universitaires, centres sportifs, piscines, hpitaux, usines, serres de culture,... etc.La chaudire est en acier, monobloc, horizontale et cylindrique. Elle est d'un encombrement rduit facilitant sa mise en place en chaufferie.Elle peut tre quipe indiffremment d'un brleur fuel, gaz ou mixte, suivant les prconisations des diffrents constructeurs. Une large porte avant, recevant le brleur, permet l'accs total au foyer et au faisceau tubulaire. La bote fumes arrire, totalement intgre au corps de la chaudire, est munie d'un fond dmontable et d'une ou deux trappes de visite pour nettoyage. Une jaquette en tle pr laque, dmontable, protgeant une isolation en laine minrale de 80mm d'paisseur, habille esthtiquement la chaudire.Fig. 3. Chaudire eau chaude foyer borgne1.7.2- Chaudire de production d'eau chaude foyer borgne haut rendement1.7.2. Chaudire eau chaude 3 parcours condensation1.7.3. Chaudire eau chaude avec batterie de condensationFigure 8. Chaudire eau chaude avec batterie de condensationGroupe thermique modulaire condensation basse charge thermique, prvu pour un fonctionnement avec combustibles gazeux. Les brleurs de type modulant sont air puls, corps cylindrique rayonnement et basses missions de NOx. Les parties en contact avec les produits de combustion - foyer et plaques de fumes - sont entirement construites en acier INOX stabilis utitane AISI 316 Ti. L'habillage externe est en acier INOX AISI 316 L, calorifug l'intrieur avec une trs paisse couche de laine de verre haute densit. Chaque module est dot de quatre commandes avec rgulateur de temprature numrique pour la gestion du brleur. Le groupe thermique WALL peut tre constitu de 1 un maximum de 4 modules pour une puissance maximum de 600kW utile, et comprenant des collecteurs hydrauliques, des collecteurs de fumes et des dispositifs de scurit.Dans le cas de 2 ou plusieurs modules (WALL 300, 450 et 600), un rgulateur appropri permet une gestion en cascade des gnrateurs.Tableau 6: Modles et caractristiques des chaudires eau chaude condensation pour extrieur