Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Le terme chaudière définit un appareil qui transfère de l'énergie sous forme de chaleur et délivre de la vapeur, ou de l'eau surchauffée, sous pression. Ces appareils sont des éléments constitutifs indispensables à tout procédé thermodynamique de production d’énergie. Les principes de construction des chaudières utilisant l’eau comme fluide dépendent de la puissance thermique, de la pression de vapeur et du type de combustible. En théorie, leurs fonctionnements sont régis par les phénomènes physiques et les lois de la thermodynamique. Ainsi, la première étape de la conception d’une chaudière consiste au calcul du bilan énergétique. Cependant, une chaudière à combustion et une chaudière à récupération ne possèdent pas les mêmes données et donc la même approche de ce bilan.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Markus HAIDER : Professeur à l'Université technique de Vienne (Autriche) - Directeur de l'Institut d'énergétique et thermodynamique
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Philippe SEGUIN : Directeur du département Systèmes de combustion - CNIM – Division Environnement
INTRODUCTION
Le terme chaudière définit un appareil qui transfère de l'énergie sous forme de chaleur et délivre de la vapeur sous pression ou de l'eau surchauffée sous pression. La vapeur produite peut couvrir une large plage de température (saturée ou surchauffée) et de pression (sous- ou supercritique). Les chaudières participent à la majorité des procédés thermodynamiques de production d'électricité et sont des appareils incontournables de l'énergie et de la thermique industrielle.
Le présent dossier [BE 8 730] explique la typologie des solutions technologiques, les phénomènes physiques à prendre en compte et les relations thermodynamiques qui permettent d'établir un bilan thermodynamique.
Les chaudières traitant d'un fluide différent de l'eau tel que les chaudières à sodium, à mercure, à sel fondu, à fluide organique, etc. sont exclues. Les sources de chaleur envisagées proviennent :
-
soit de la combustion de produits fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel, etc.) ;
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soit de la combustion de déchets ou de biomasse ;
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soit de la récupération de chaleur pure en aval de turbines à gaz, en aval de procédés chimiques ou en aval d'une installation solaire thermique.
Sont exclues les chaudières électriques et les chaudières nucléaires, qui sont étudiées dans d'autres rubriques spécialisées. Les chaudières à eau chaude sous pression font aussi l'objet de dossiers spécialisés.
Dans le dossier suivant [BE 8 731] sont présentés les différents constituants d'une chaudière, notamment le système de combustion et les circuits eau/vapeur et air/fumées. Un dernier dossier [BE 8 732] est consacré à des applications spécifiques comme les chaudières de puissance, les chaudières à déchets, les chaudières à biomasse et les chaudières de récupération.
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Définition et types de chaudière2. Bilans énergétiques et bilan matière
Les bilans énergétiques sont toujours la première étape dans la conception d'une centrale thermique et d'une chaudière. Ces bilans permettent d'établir un lien entre la puissance électrique, la puissance thermique ainsi que de déterminer les débits de combustible, d'air, de fumées et de vapeur.
Pour effectuer un bilan énergétique, il faut distinguer deux cas de figure selon le type de chaudière. Pour une chaudière à combustion, il est toujours possible de déterminer le débit de combustible nécessaire pour produire le débit vapeur tandis que pour une chaudière de récupération, le(s) débit(s) vapeur résultent uniquement de la conception des surfaces d'échange et des paramètres débit, température et pression des fluides à l'entrée de la chaudière.
Avant de passer aux bilans, il paraît utile de passer en revue la transformation énergétique et les données de départ.
2.1 Transformation énergétique dans une chaudière à combustion
Afin d'utiliser l'enthalpie de formation (chaleur latente) contenue dans un combustible pour produire de la vapeur sous pression, à haute température, il faut procéder par étapes successives.
La figure 3 permet de visualiser les différents éléments constituant la chaudière.
Combustion : après préparation convenable du combustible, elle est réalisée par des brûleurs ou des systèmes particuliers (grilles, lits fluidisés, etc.) dans un foyer. La combustion a besoin d'oxygène, qui est introduit sous forme d'air, injecté dans les brûleurs et dans le foyer. Cet air est aspiré à l'extérieur de la chaudière, et amené dans le foyer par un ventilateur dit de soufflage. Il passe généralement par un réchauffeur d'air qui permet, en refroidissant les fumées qui sortent de la chaudière, d'améliorer le rendement de celle-ci ; par ailleurs, le réchauffage de l'air est souvent bénéfique parce qu'il améliore la combustion en assurant un préséchage du combustible.
Transmission de chaleur : les produits gazeux de la combustion sortent à haute température du foyer (850 à 1 300 oC) et passent à travers...
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Bilans énergétiques et bilan matière
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SCHÄFF (K.) - Entwicklung zum heutigen Wärmekraftwerk ; Band I der Fachbuchreihe « Kraftwerkstechnik ». - VGB Power Tech.
-
(2) - BRANDT (F.) - Brennstoffe und verbrennungsrechnung. - Fachverband Dampfkessel-, Behälter-und Rohrleitungsbau EV (FDBR), Fachbuch Band 11, Vulkan Verlag, Essen (1981).
-
(3) - BRANDT (F.) - Wärmeübertragung in Dampferzeugern und Wärmeaustauschern. - FDBR-Fachbuchreihe, Band 2 Vulkan Verlag.
-
(4) - BRANDT (F.) - Dampferzeuger, Energiebilanz, Strömungstechnik. - FDBR-Fachbuchreihe Band 3, Vulkan Verlag.
-
(5) - BABCOCK, WILCOX - Steam. - 42nd Edition.
-
(6) - EPPLE (B.), LEITHNER (R.), LINZER (W.), WALTER (H.) [Hrsg] - Simulation von kraftwerken und waermetechnischen anlagen. - Springer Verlag Wien, 745 S., 279 Abb., 39 Tab., Hardcover, EUR 79.95,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Chaudières à tubes d'eau et installations auxiliaires - NF EN 12952 -
-
Chaudières à tubes d'eau et à tubes de fumée – Partie 15 : Essais de réception - NF EN 12952-15 - 01-04
-
Section I – ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section I : Rules for Construction of Power Boilers, Includes Addenda Reprint - ASME - 2010
-
Performance Test Codes Fired Steam Generators - ASME PTC 4-2008 - 2008
-
Code for Acceptance Tests on stationary steam generators of the power station type - BS 2885 - 1974
ANNEXES
Directive équipements sous pression (directive du parlement européen 97/23/CE), transposée en droit Français par le décret no 99-1046, relative au rapprochement des législations des États membres concernant les équipements sous pression
Arrêté du 31 janvier 2011 portant modification de l'arrêté du 15 mars 2000 modifié relatif à l'exploitation des équipements sous pression
HAUT DE PAGE
Power-Gen Europe http://www.power-gen.com
VGB Conférences “chaudières http://www.vgb.or
HAUT DE PAGE3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Alfa Laval Aalborg A/S http://www.aalborgindustries.com
Alstom...
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