fiche techno logique CHAUDIÈRE À VAPORISATION INSTANTANÉE Production d’énergie

fiche techno logique CHAUDIÈRE À VAPORISATION INSTANTANÉE Production d’énergie décentralisée FICHE TECHNOLOGIQUE PAGE 2 PRODUCTION D’ÉNERGIE DÉCENTRALISÉE - CHAUDIÈRE À VAPORISATION INSTANTANÉE Ce document est édité par l’ADEME ADEME 20, avenue du Grésillé BP 90406 | 49004 Angers Cedex 01 Coordination technique : Léo Playoust, ADEME, Service Entreprises et Dynamiques Industrielles Rédacteurs : Enea Consulting & CETIAT (intervenants multiples) Crédits photo et schémas : CLAYTON Création graphique : Dialectica Communication Brochure réf. 8860 ISBN : 979-1-02970-919-7 - Septembre 2017 Dépôt légal : ©ADEME Éditions, septembre 2017 Toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite selon le Code de la propriété intellectuelle (Art L 122-4) et constitue une contrefaçon réprimée par le Code pénal. Seules sont autorisées (Art L 122-5) les copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, ainsi que les analyses et courtes citations justifiées par le caractère critique, pédagogique ou d’information de l’œuvre à laquelle elles sont incorporées, sous réserve, toutefois, du respect des dispositions des articles L 122-10 à L 122-12 du même Code, relatives à la reproduction par reprographie. REMERCIEMENTS L’ADEME remercie GRDF pour la contribution à la réalisation de ce document. CITATION DE CE RAPPORT Ce document a été réalisé par l’ADEME, en collaboration avec GRDF, à partir d’une étude réalisée par ENEA Consulting et le CETIAT. 2017, Production d’énergie décentralisée - Fiche technologique Chaudière à vaporisation instantanée, 14 pages. www.ademe.fr/mediatheque TABLE DES MATIÈRES 1 • Introduction. ............................................................................................................................................................4 2 • Description de la technologie. ............................................................................................................................4 2.1 - Caractéristiques techniques........................................................................................................................4 2.1.1 Description du fonctionnement .........................................................................................................4 2.1.2 Descriptifs techniques ............................................................................................................................. 5 2.2 - Les énergies entrantes et vecteurs énergétiques. ....................................................................................7 2.3 - Caractéristiques indicatives.........................................................................................................................8 2.4 - Maturité de la technologie...........................................................................................................................8 2.5 - Avantages et inconvénients.........................................................................................................................9 3 • Applications sectorielles....................................................................................................................................10 4 • Exemple de réalisation.......................................................................................................................................11 TABLE DES FIGURES Figure 1 : Illustration de la configuration en contre-courant ............................................................................4 Figure 2 :  Exemple de configuration de tubes d’eau ; Technologie Clayton (Flamme vers le haut). .......................................................................................5 Figure 3 : Illustration d’une technologie produisant de la vapeur via un séparateur..................................6 TABLE DES TABLEAUX Tableau 1 : Configurations proposées par les fournisseurs...............................................................................7 PAGE 3 PRODUCTION D’ÉNERGIE DÉCENTRALISÉE - CHAUDIÈRE À VAPORISATION INSTANTANÉE 1 Introduction 2 Description de la technologie PAGE 4 PRODUCTION D’ÉNERGIE DÉCENTRALISÉE - CHAUDIÈRE À VAPORISATION INSTANTANÉE Cette technologie consiste à transférer la chaleur des produits de combustion vers l’eau circulant dans un serpentin (tube) pour produire de la vapeur. L’échange thermique dans le corps de chauffe se fait généralement à contre-courant de façon à optimiser le transfert thermique : l’eau circule dans le sens opposé aux gaz de combustion. L’eau récupère progressivement l’énergie calorifique cédée par les produits de combustion sur toute la longueur du serpentin (la température de sortie des fumées restant supérieure à la température de l’eau d’entrée, de sorte à utiliser toute la longueur du serpentin comme échangeur). Dans le cas d’un échange en co-courant, au contraire, le pincement (écart minimum de température entre les fumées et l’eau) au sein de l’échangeur induit une efficacité moindre. 2.1.1 Description du fonctionnement Les chaudières à vaporisation instantanée permettent de produire rapidement de la vapeur d’eau à partir de la chaleur de fumées issues de la combustion du gaz ou du fioul. Pour ce faire, l’eau circule dans un tube tandis que les produits de combustion circulent dans le corps de chauffe. Cette configuration est inverse de celle des chaudières à tubes de fumée, plus répandues, pour lesquelles l’eau à vaporiser est contenue dans un réservoir statique parcouru de tubes dans lesquels circulent les fumées. En vaporisation instantanée, la circulation de l’eau dans un tube concerne des volumes d’eau relativement faibles comparés au volume d’eau des réservoirs des chaudières à tubes de fumée. L’inertie est donc comparativement réduite, ce qui permet une vaporisation rapide, d’où l’appellation « vaporisation instantanée ». Figure 1 : Illustration de la configuration en contre-courant 2.1 • CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES Mélange liquide/vapeur Diminution progressive de la température des gaz de combustion Augmentation progressive de la température de l’eau circulant dans les tubes Eau d’alimentation Combustion Echappement des fumées PAGE 5 PRODUCTION D’ÉNERGIE DÉCENTRALISÉE - CHAUDIÈRE À VAPORISATION INSTANTANÉE 2.1.2 Descriptifs techniques Une chaudière à vaporisation instantanée de type circulation forcée est principalement constituée : • d’un corps de chauffe positionné verticalement ou horizontalement, • d’un brûleur à air soufflé fonctionnant généralement soit en régime à 2 allures, soit à puissance modulante, • d’un tube d’eau en serpentin dans lequel circule l’eau à vaporiser, • d’une pompe de circulation d’eau. Le transfert thermique se fait de deux manières dans le corps de chauffe : • transfert par rayonnement direct, essentiellement au niveau de la chambre de combustion, •  transfert par convection entre les produits de combustion et les tubes d’eau, essentiellement dans le reste du corps de chauffe. La configuration du tube d’eau est généralement de forme spiralée dans la partie amont du corps de chauffe où le transfert se fait par convection. L’eau circule dans la superposition des plans spiralés jusqu’à arriver au niveau de la chambre de combustion située dans la partie avale du corps de chauffe. Au niveau de cette chambre de combustion, les tubes forment un enroulement cylindrique entourant la flamme. Variantes 1. Disposition du corps de chauffe L’orientation des corps de chauffe varie en fonction des fabricants. Ainsi, certains fournisseurs proposent une disposition horizontale ou verticale, selon le choix du client, et d’autres fournisseurs ne les proposent qu’en disposition verticale. La disposition du corps de chauffe n’impacte en rien les caractéristiques de la chaudière, mais permet d’agir sur le volume de la chaudière. 2. Direction de la flamme Il existe aussi une technologie avec un corps de chauffe de disposition verticale et une flamme dirigée vers le haut. Cette conception ne modifie pas les caractéristiques de la chaudière. L’extraction des fumées se fait directement au niveau supérieur du corps de chauffe, alors que pour une technologie ayant une flamme de combustion dirigée vers le bas, les fumées sont projetées sur le fond du corps de chauffe et doivent donc remonter pour s’extraire du corps de chauffe par la partie supérieure. Figure 2 :  Exemple de configuration de tubes d’eau ; Technologie Clayton (Flamme vers le haut) Source : Clayton PAGE 6 PRODUCTION D’ÉNERGIE DÉCENTRALISÉE - CHAUDIÈRE À VAPORISATION INSTANTANÉE 3. Mode de production de la vapeur La vaporisation de l’eau se faisant très rapidement (5 à 10 mn de mise en pression), la vapeur produite se compose d’un mélange de vapeur d’eau et de fines gouttelettes, qu’il y a lieu de séparer afin de disposer d’une qualité de vapeur « sèche » comparable aux chaudières « traditionnelles ». Il existe deux variantes en termes de séparateur vapeur sèche/eau : •  un séparateur peut être proposé à l’installation en sortie de chaudière, de manière à améliorer la qualité de la vapeur. De la sorte, il est courant d’obtenir une vapeur sèche à 95 % sans séparateur, et à 98 % avec séparateur, •  un séparateur est intégré dans la chaudière en sortie de chambre de combustion, permettant ainsi d’obtenir une vapeur sèche à 99,5 % en moyenne. 4. Equipements additionnels Comme pour les autres types de chaudières de production de vapeur, les fabricants de chaudière proposent en fonction de la technologie de chaudière et du procédé industriel d’inclure éventuellement des équipements additionnels : •  un préchauffeur d’air de combustion permettant une amélioration du rendement jusqu’à 3 points, •  un économiseur permettant une récupération d’énergie sur les fumées pouvant générer un gain de 4 à 5 points, •  un condenseur, dans le cas de chaudière fonctionnant essentiellement en eau perdue, afin de récupérer la chaleur latente des fumées pour gagner 6 à 9 points supplémentaires, •  un surchauffeur, généralement intégré au corps de chauffe, si le procédé visé requiert de la vapeur surchauffée. Il est à noter que l’intégration d’un économiseur ou d’un condenseur est généralement plus adaptée aux chaudières de grande capacité et aux usages continus. Les configurations proposées par les principaux fournisseurs sont résumées dans le Tableau 1. Figure 3 :  Illustration d’une technologie produisant de la vapeur via un séparateur 1 • Entrée d’eau 2 •  Pompe à eau 3 • Corps de chauffe 4 •  Chambre de combustion 5 •  Séparateur eau/vapeur 6 • Sortie vapeur sèche 2 3 6 1 4 5 Source : Clayton PAGE 7 PRODUCTION D’ÉNERGIE DÉCENTRALISÉE - CHAUDIÈRE À VAPORISATION INSTANTANÉE Remarque sur l’impact du traitement de l’eau Les principaux éléments de la chaudière à vaporisation instantanée (corps de chauffe et pompe) ont une durée de vie annoncée qui varie en fonction des fabricants et qui peut être supérieure à 25 ans. La durée de vie du serpentin, quant à elle, varie aussi en fonction des fabricants, mais s’avère généralement nettement inférieure à 25 ans. La durée de vie des serpentins varie selon les technologies et selon le traitement de l’eau effectué en amont de la pompe. uploads/Industriel/ chaudiere-a-vaporisation-instantanee.pdf

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