chaudieres vapeur tube d eau (2) classe 3

• Cette étude porte sur les composants de transfert de chaleur dans une chaudière industrielle.
• Les sujets abordés comprennent les chicanes, les parois de foyer, les surchauffeurs, les réchauffeurs, les économiseurs et les réchauffeurs d'air.
• L'objectif de cette étude est de préparer l'examen de classe 3 pour les mécaniciens de machines fixes au Canada.

Chicanes de foyer

• Les chicanes sont essentielles dans une chaudière à tubes d'eau pour diriger l'écoulement des gaz de combustion.
• Elles guident les gaz dans le foyer, permettant d'atteindre le nombre de passes requis dans la chaudière.
• Il existe deux types principaux de chicanes: transversales et longitudinales.
• Les chicanes transversales font circuler les gaz perpendiculairement à la longueur des tubes.
• Les chicanes longitudinales font circuler les gaz parallèlement aux tubes.
• Elles sont généralement fabriquées en matériau réfractaire, comme des briques ou des tuiles.
• Les chicanes courbées ou profilées évitent les turbulences et réduisant l'accumulation de cendres.

Parois latérales du foyer intégré

• Le refroidissement du foyer dans une chaudière à tubes d'eau est assuré par la disposition des tubes qui forment tout ou partie des parois.
• Les types de construction pour les parois latérales du foyer sont:
• Paroi à tubes et briques: tubes renforcés par de la brique réfractaire avec isolation en acier pour l'étanchéité aux gaz.
• Paroi à membrane: tubes adjacents soudés avec des barres métalliques, formant une surface continue et étanche.
• Paroi à tubes tangents: tubes côte à côte formant une enveloppe continue, renforcés de matériau réfractaire.
• Paroi à tubes goujonnés plats: tubes avec plaques ou goujons plats soudés, créant une surface métallique continue.
• Ces conceptions maximisent le transfert de chaleur, l'étanchéité et la durabilité du foyer.

Surchauffeurs

• Le surchauffeur augmente la température de la vapeur au-dessus de la température de saturation, ce qui augmente l'énergie par kilogramme de vapeur.
• L'utilisation d'un surchauffeur réduit la condensation dans la turbine et améliore le rendement global.
• Types de surchauffeurs:
• Surchauffeur par convection: est placé dans le trajet des gaz chauds et la température de la vapeur augmente avec la charge.
• Surchauffeur radiant: est exposé à la chaleur rayonnante du foyer et la température de la vapeur diminue avec l'augmentation de la charge.
• Surchauffeur combiné: combine les caractéristiques des types par convection et radiant, offrant une température de vapeur stable.
• Les surchauffeurs peuvent être pendants ou horizontaux, incorporés à la chaudière ou chauffés séparément.

Surchauffeur chauffé séparément

• Le surchauffeur chauffé séparément est situé dans un foyer distinct du générateur principal de vapeur.
• Ses caractéristiques principales sont l'indépendance des conditions de marche, coût plus élevé, plus d'espace, une plus grande gamme de contrôle de température.
• Cette conception est utilisée pour les procédés industriels nécessitant des températures de vapeur élevées.
• Un agencement à deux foyers permet de contrôler la température en variant le taux d'allumage des foyers individuels.

Réchauffeurs

• La construction et le but du réchauffeur sont similaires à ceux du surchauffeur.
• L'utilisation d'un réchauffeur reçoit la vapeur déjà dilatée dans une portion de la turbine.
• L'utilisation d'un réchauffeur augmente la température de la vapeur à environ la même température que celle donnée au surchauffeur.
• L'utilisation d'un réchauffeur empêche la condensation excessive dans les étages à basse pression de la turbine.
• L'utilisation d'un réchauffeur augmente le rendement en augmentant l'énergie disponible par kilogramme.
• Les réchauffeurs sont situés dans le foyer, entre le surchauffeur radiant et celui par convection.
• Ils reçoivent la chaleur rayonnante du foyer et la chaleur de convection des gaz de combustion sortants.
• Leur profil de température de sortie est similaire à celui d'un surchauffeur combiné.

Économiseurs

• L'économiseur absorbe la chaleur des gaz du foyer, du surchauffeur et du réchauffeur.
• Caractéristiques: transfert de chaleur par convection directe à débit forcé.
• L'eau d'alimentation est reçue à une pression supérieure et est acheminée à une température plus élevée.
• Types d'économiseurs:
• Incorporé: généralement placé dans la dernière passe des gaz de combustion.
• Séparé: situé à l'extérieur du foyer et composé de rangées de tubes horizontaux en acier.
• Les économiseurs peuvent avoir des tubes nus ou à ailettes.

Réchauffeurs d'air par récupération

• Le réchauffeur d'air est la dernière étape de récupération de chaleur dans une chaudière.
• Il est situé entre l'économiseur et la cheminée.
• Ses fonctions principales sont de chauffer l'air nécessaire à la combustion et d'améliorer le processus de combustion et d'augmenter le rendement.
• Types de réchauffeurs d'air par récupération:
• À plaques: enveloppes soudées avec des passages alternés pour l'air et les gaz de combustion.
• Tubulaire: longs tubes droits en acier ou en fonte, placés horizontalement ou verticalement.
• Ces réchauffeurs fonctionnent par transfert direct de chaleur entre les deux fluides.

Réchauffeurs d'air régénérateurs

• Les réchauffeurs d'air régénérateurs fonctionnent par transfert de chaleur du courant de gaz à une surface solide, puis à l'air de combustion.
• Ils utilisent des éléments de stockage thermique qui passent alternativement dans les courants de gaz et d'air.
• Le type le plus courant est le réchauffeur rotatif.
• Construction: rotor avec des paniers contenant des feuilles ou plaques de métal ondulées.
• Fonctionnement: rotation lente exposant alternativement les plaques aux courants de gaz chauds et d'air froid.
• Disposition: peut être vertical ou horizontal dans le conduit de la chaudière.
• Ils sont efficaces mais nécessitent une attention particulière pour les fuites.

Entretien des parois du foyer

• L'entretien des parois du foyer est essentiel pour le fonctionnement et la longévité de la chaudière.
• Les points à surveiller sont les tubes surchauffés, l'accumulation de scorie, le transfert de chaleur, les fuites et la condensation au démarrage.
• Une surveillance et une documentation des changements dans les conditions de marche sont essentielles.

Entretien des tubes de surchauffeur et de réchauffeur

• Les tubes de surchauffeur et de réchauffeur nécessitent une attention particulière en raison de leurs conditions de fonctionnement à haute température.
• Les points clés à surveiller sont l'accumulation de scorie, les points chauds, l'affaissement des faisceaux tubulaires et la température de sortie de vapeur.
• Un débit de vapeur suffisant est nécessaire au démarrage pour le refroidissement des tubes.

Entretien des économiseurs et préchauffeurs d'air

• L'entretien des économiseurs et préchauffeurs d'air est essentiel pour maintenir l'efficacité de la chaudière.
• Il faut surveiller les chutes de pression côté gaz et les différences de température d'eau d'alimentation pour les économiseurs.
• Pour les préchauffeurs d'air, il faut prévenir la corrosion due à la condensation.
• Pour les préchauffeurs d'air régénérateurs, il faut surveiller les fuites entre l'air et les gaz de combustion.

Profil de température de l'eau dans un générateur de vapeur

• L'eau entre à 254°C dans l'économiseur et est réchauffée à 280°C.
• Le mélange vapeur-eau atteint 320°C dans le ballon de vapeur.
• L'eau et le mélange eau-vapeur sont à 320°C (température de saturation) dans les tubes de production de vapeur.
• La température de la vapeur augmente jusqu'à 538°C dans le surchauffeur.
• La vapeur de la turbine est réchauffée à 538°C dans le réchauffeur.

Profil de température du gaz dans un générateur de vapeur

• La température maximale est d'environ 1650°C dans le foyer pour une chaudière à charbon.
• Les gaz atteignent environ 1100°C après le transfert de chaleur dans le surchauffeur radiant.
• La température chute à environ 843°C dans le réchauffeur.
• Les gaz sortent à environ 380℃ de l'économiseur.
• La température finale est d'environ 170°C avant les dépoussiéreurs et la cheminée au niveau des préchauffeur d'air.

Conclusion

• Il est important de comprendre les composantes de transfert de chaleur pour optimiser le fonctionnement et prévenir les problèmes des chaudières industrielles.
• La maîtrise de ces concepts permet aux mécaniciens de mieux gérer le fonctionnement et d'optimiser le rendement.