chapitre 5 : Echange de chaleur dans une chaudière (verifier)

• De nombreux composants internes dans une chambre de combustion participent à l'échange de chaleur dans une chaudière.
• Cet échange de chaleur est essentiel et complexe.

Rôle des chicanes

• Elles dirigent l'écoulement des gaz de combustion vers les tubes dans une chaudière à tubes d'eau.
• Les sont disposées pour guider les gaz dans le foyer, répondant au nombre de passages requis dans ce type de chaudière.

Types de chicanes

• Elles peuvent être placées pour faire circuler les gaz à angle droit par rapport à la longueur des tubes, on les appelle alors transversales.
• Elles peuvent être placées pour faire circuler les gaz en parallèle avec les tubes, il s'agit alors de chicanes longitudinales.

Matériaux réfractaires

• Les chicanes sont généralement faites de matériau réfractaire.
• Elles peuvent être constituées de briques ou de tuiles individuelles placées autour des tubes, ou moulées sur place à l'aide d'un matériau réfractaire.

Parois de tubes

• Elles peuvent être également utilisées pour former les chicanes.
• Elles sont utilisées pour former les chicanes.

Avantages des chicanes courbées

• Elles n'ont pas de courbes brusques qui causent des courants de Foucault.
• Elles augmentent le frottement ou forment des poches où s'accumule la cendre.

Agencement dans une chaudière à quatre ballons

• La figure 5.1 représente un agencement de chicanes dans une chaudière à quatre ballons.
• Elles sont représentées avec une annotation "Chicane".

Agencement dans une chaudière à trois ballons

• La figure 5.2 illustre la disposition spécifique dans une chaudière à trois ballons.
• Dans cette configuration, les chicanes longitudinales guident les gaz de combustion le long des tubes d'eau.
• Cela crée un parcours en zigzag entre le ballon supérieur et les deux ballons inférieurs.
• Cette disposition optimise le transfert thermique en maximisant le temps de contact entre les gaz chauds et les surfaces d'échange.
• Elle maintient une résistance minimale à l'écoulement.
• Elles sont stratégiquement positionnées pour assurer une distribution uniforme de la chaleur et éviter la formation de points chauds.

Trajet des gaz de combustion à travers les faisceaux tubulaires

• La figure 5.3 illustre le parcours complexe .
• Les gaz chauds circulent en zigzag entre les chicanes longitudinales, maximisant ainsi le transfert thermique.
• Cette configuration permet aux gaz de maintenir un contact prolongé avec les surfaces d'échange de chaleur.
• Elle conserve une résistance minimale à l'écoulement.

Parois du foyer

• Elles sont constituées de tubes tangentiels, disposés côte à côte pour former une surface continue.
• Cette conception assure une absorption optimale de la chaleur radiante tout en protégeant la structure de la chaudière.
• Les tubes tangentiels facilitent également la circulation naturelle de l'eau, améliorant ainsi l'efficacité globale du transfert thermique.

Agencements des parois latérales d'un foyer

• Le refroidissement de l'eau dans le foyer est obtenu dans la chaudière à tubes d'eau en disposant les tubes de manière à couvrir toutes les parois du foyer
• Divers types de construction sont utilisés.

Paroi à tubes et à briques

• Elle consiste en tubes espacés et renforcés par de la brique réfractaire formée pour s'adapter au contour des tubes (figure 5.4).
• Une couche épaisse de blocs isolants, maintenue en place par des lattes métalliques, est renforcée d'un grillage.
• Une autre couche de blocs isolants, plus mince, et une couche de composé d'étanchéité complètent.
• L'enveloppe en acier à l'extérieur des blocs isolants est nécessaire pour l'étanchéité aux gaz.

Paroi à tubes à ailettes soudés

• Des barres à ailettes métalliques sont soudées aux tubes adjacents, formant une surface continue et une paroi étanche (figure 5.5).
• Les blocs isolants et une enveloppe extérieure en acier couvrent l'extérieur des tubes soudés.
• Elle se nomme ainsi , ou paroi à membrane.
• Elle est très durable et assure une étanchéité aux gaz.

Paroi à tubes tangents

• Une paroi convenant à une utilisation sévère (figure 5.6).
• Les tubes sont côte à côte et se touchent (tangents) pour former une enveloppe continue, refroidie à l'eau autour du foyer.
• Les tubes sont renforcés d'un matériau réfractaire plastique avec une enveloppe intérieure en acier.
• Des blocs isolants sont installés, suivis d'une enveloppe extérieure.
• L'enveloppe intérieure en acier offre une étanchéité à l'air.

Paroi à tubes goujonnés plats

• Des plaques ou des goujons plats sont soudés de chaque côté des tubes pour former des parois solides (figure 5.7).
• On trouve une enveloppe intérieure, une couche d'isolation et une enveloppe extérieure à l'extérieur des tubes.
• L'enveloppe intérieure assure l'étanchéité aux gaz.

Paroi à membrane doublée de matériau réfractaire

• La doublure en matériau réfractaire, que ce matériau et les tubes de cette parois sont maintenus ensemble par des goujons (figure 5.8).
• L'isolation est appliquée directement sur les tubes.
• Le revêtement métallique est fixé à l'extérieur.
• Le soudage des tubes avec les membranes procure une étanchéité aux gaz, rendant inutile une enveloppe d'étanchéité métallique.

But d'un Surchauffeur

• Augmenter la température de la vapeur produite au-dessus de la température de saturation.

Fonctionnement d'un Surchauffeur

• La vapeur saturée passe dans un surchauffeur situé à la sortie du foyer, puis est chauffée à la température désirée.

Processus de surchauffe

• La vapeur produite à partir de l'eau est à la température de saturation, avec une certaine quantité d'humidité
• La vapeur passe dans un surchauffeur, toute humidité est évaporée, et la température de la vapeur augmente.
• Au début, le surchauffeur ajoute de la chaleur latente, puis ajoute de la chaleur sensible, une fois la vapeur sèche.

Avantages de la surchauffe

• La température accrue de la vapeur signifie une énergie accrue par kilogramme de vapeur et une capacité de produire plus de travail.
• L'augmentation de la température de la vapeur signifie qu'elle ne se condense pas aussi rapidement, réduisant la quantité d'humidité après dilatation dans une turbine.
• L'humidité dans la vapeur érode rapidement les aubes de la turbine et réduit le rendement.
• Réduit l'erosion des aubes des turbines

Types de surchauffeurs

• Surchauffeur simple: Comporte un seul étage composé de quelques boucles de tubes
• Les premiers augmentaient la température de la vapeur pour compenser les pertes dans les conduites et assuraient de la vapeur sèche au procédé.
• Surchauffeurs complexes: Augmentent la température de la vapeur jusqu'à 540°C, utilisés principalement lorsqu'il y a production de puissance.
• Surchauffeurs à deux étages: Normalement conçus avec deux étages nommés primaire et secondaire
• Leurs désurchauffeurs intermédiaires permettent de maintenir des températures de vapeur relativement constantes sur une grande gamme de charges.
• Ils sont utilisés pour une production de puissance plus efficace.

Surchauffeur pendant

• Les tubes sont suspendus à verticale.
• Il existe dans des emplacement radiant du foyer en general.

Surchauffeur horizontal

• Les tubes sont placés normalement à l'horizontale dans un conduit.
• Les surchauffeurs par convection sont souvent de ce type.

Surchauffeur incorporé

• Il fait parti de l'enceinte et est une partie intégrante de la chaudière ou du générateur de vapeur

Surchauffeur chauffé séparément

• Ce dernier est situé dans un foyer séparé du générateur principal de vapeur et est indépendant des conditions de marche de celui-ci
• On peut retrouver son propre brûleur pour le contrôle de la la température de la vapeur

Agencement à deux foyers

• Le surchauffer peut être chauffé en variant le taux d'allumage des foyers , la température de la vapeur peut être contrôlée indépendamment de la vapeur produite.

Surchauffreur à plaques

• La plaque fait référence à la manière dont sont disposés les tubes
• Une plaque est un assemblage de tubes, la configuration d'une bandes étanches aux gaz avec entée et sortie

Disposition des tubes

• Peuvent être placés à l'horizontale , verticale ou en espacement de 500 à 1000mm entre eux.

Surchauffeur par convection

• Si le surchauffeur est protégé de la chaleur rayonnante du foyer , il est placé dans le trajet des gaz chauds
• Il est donc nommé Surchauffeur par conveciton.
• Il existe des types horizontal , et la configuration incorporé ou indépendante (chauffé séparément).

Réchauffeur d'air

• Les gaz d'échappement d'une chaudière ont encore beaucoup d'énergie thermique
• Cette énergie thermique est utilisée pour préchauffer l'air de combustion avant qu'il n'entre dans la chaudière.
• Le recyclage de l'énergie des gaz d'échappement permet de réduire l'efficacité globale d'une chaudière.

Type de réchauffeur d'air à récupération

• Récupérateur à plaque, échangeur de chaleur, robustes et adapté à la température chaude
• Récupérateur rotatif
• Récupérateur à tubulure

Réchauffeur d'air régénérateurs des échangeurs

• Récupérateur à plaque
• Récupérateur à tubulure
• Récupérateur rotatif
• Efficacité récupérateur
• Type robuste et adapté à haute température

Similitudes entre réchauffeur et surchauffeur

• La construction et les objectifs sont semblables
• Construits en tubes d'aciers
• Il traite la vapeur d'eau qui à déjà traversé la turbine à haute pression

Structure du Réchaffeur

• Les extrémités de ceux ci , sont relies aux connecteurs d'entrée et de sortie avec attaches soudées de haute résistance
• Agencement des sections modularisés et des tubes du réchauffeur en groupe de serpentins avec configuration du nombre
• Les tubes sont échelonnés avec pressions allant jusqu'a 60bar température élevée excèdent parfois 540°c

Corrosion

• Examiner attentivement les traces internes et externes
• Particulièrement au zones d'émergence, du aux température fluctuantes aux endroits ou les sulfates à d'autre composés corrosifs pourraient se concentrer

Érosion des serpentins

• Identifier les signes d'érosion , au coude à ou les gaz se combinent
• observer attentivement les amincissement de paroie qui pourrait affecter les parois
• Attention particulier dans les zones ou la vitesse des gaz dépasse 20mm

Surveillance en fonctionnement des serpentins à

• Contôle en continu les paramètres clés tel que : Température d'entrer et des sortis, La différentielle de pression entre l'entrepôt et des sortis.
• Norte toute variation anormale de température
• Surveillance de à détection de présence de fuite

Profil de température du gaz dans générateur à vapeur.

• Entrer de l'économiser est d’environ 200°c À 250° celcius
• Sortie de l'économiser est l’eau augmenter sa température à environ 120°c À 140°c
• Entrer de l'eau est de 100 à 1400 degré celcius à réchauffer l’eau dans ballon
• À sortit diminuer environ 800 À 100 dégrées celsius
• température relativement élever de 500 à 600 celsius dégré
• Les gaz de combustion de cédé leur chaleur à la vapeur , augmentant sa température à environ 500 À 600

Inspection réchauffeur d'airs régénérateur , de différente type tel que; fixe rotatif

• Matrice régénérateur
• de fissures , fuite , accumulation de poussière
• Usure des pièces
• Zone de fuite
• Secteur rotatif
• Avec inspection visuel, analyse en laboratoire , thermographie infravouge et ultrason

La corrosion des réchauffeurs est présente sous 2 forme

• Gaz acide
• Haute température
• Vérifiés les températures et de l'acier inox