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Auteur(s)
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Jean PARISOT : Ingénieur de l’École Centrale des Arts et Manufactures - Ingénieur-conseil, Thermicien - Ancien Chef de service Calcul /Conception de Stein Industrie
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La chaudière est composée d’une succession d’échangeurs, d’une géométrie et d’une surface bien déterminées et invariables, soumis quant à leurs échanges thermiques à des lois physiques complexes, avec comme complication supplémentaire le fait que tout changement du comportement d’un appareil a des effets sur l’appareil qui se trouve en aval, que ce soit sur le circuit des fumées ou sur le circuit du fluide chauffé.
L’ensemble Conception et calcul des chaudières fait l’objet de plusieurs articles :
-
Généralités et bilans ;
-
Foyer et circulation ;
-
Échangeurs et circuits air/fumées ;
-
Comportement et performances ;
ainsi qu’une documentation commune à l’ensemble .
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Circuits air/fumées
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1. Échangeurs
1.1 Rôle des échangeurs
D’un point de vue très schématique, une chaudière à combustible fossile peut se ramener à :
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un foyer servant à convertir l’énergie potentielle contenue dans le combustible (pouvoir calorifique) en gaz chauds et en rayonnement ;
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des échangeurs utilisés principalement pour transférer l’énergie contenue dans ces gaz à un fluide utilisable dans un cycle thermodynamique de production d’électricité, fluide qui dans le cadre de cette étude est de l’eau sous forme liquide ou vapeur utilisée actuellement dans la quasi-totalité des cycles de production d’énergie.
Si l’on suit le parcours de ce fluide le long de la chaudière (figure 1), il traverse successivement les principaux échangeurs suivants : économiseur, vaporisateurs (parois du foyer sur la figure), surchauffeurs et resurchauffeurs.
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L’économiseur : l’eau venant du poste de réchauffage, alimenté par les soutirages de la turbine, s’y échauffe avant son introduction dans le réservoir ou le séparateur (séparateur « humide »). L’eau à la sortie de cet appareil est généralement à une température inférieure à la température de saturation (pour les cycles sous-critiques), mais, dans certains cas, l’économiseur peut être vaporisant.
L’économiseur, divisé parfois en différents éléments, est généralement constitué de tubes à ailettes (fuel ou gaz naturel) ou de tubes lisses (charbon et autres). Pour des raisons d’optimisation des échanges et pour des raisons de prix, il est généralement situé sur le parcours des fumées entre le dernier surchauffeur ou resurchauffeur et le réchauffeur d’air.
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Les vaporisateurs : ils assurent la fin de l’échauffement de l’eau (quand l’économiseur n’est pas vaporisant) et la production de la vapeur. Les vaporisateurs sont généralement constitués par les écrans soudés de la chaudière mais doivent parfois être complétés par des faisceaux, notamment dans le cas des chaudières à faible pression (enthalpie de vaporisation élevée).
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Les surchauffeurs : situés sur le parcours...
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