– BE 8 730 4 - 2012 e terme chaudière définit un appareil qui transfère de l’én

– BE 8 730 4 - 2012 e 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. Les chaudières traitant d’un fluide différent de l’eau – soit de la combustion de produits fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel, etc.) ; – soit de la combustion de déchets ou de biomasse ; – 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. L Parution : avril 2012 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200082909 - universite evry val d'essonne // 194.199.90.54 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200082909 - universite evry val d'essonne // 194.199.90.54 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200082909 - universite evry val d'essonne // 194.199.90.54 tiwekacontentpdf_be8730 v1 tel que les chaudières à sodium, à mercure, à sel fondu, à fluide organique, etc. sont exclues. Les sources de chaleur envisagées proviennent : − 2 − 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. Notations et symboles Symboles Unités Définitions cp kJ/kg · K capacité thermique massique (le surlignage signifie qu’il s’agit d’une valeur moyenne sur la plage de température considérée) C – constante pour calcul des pertes par rayonnement et convection kW crédit de puissance introduite H kJ/kg enthalpie massique Hm kJ/kmol enthalpie molaire – perte spécifique (loss ) kW perte de puissance kg/s débit-masse M g/mol masse molaire n – facteur d’air p MPa pression P kW puissance mécanique ou électrique PCI kJ/kg pouvoir calorifique inférieur PCS kJ/kg pouvoir calorifique supérieur kW puissance thermique r kJ/kg enthalpie massique de vaporisation t oC température X kg/kg teneur en vapeur d’eau γ kg/kg masse de composant par masse du combustible η – rendement ϕ – humidité relative (en degré hygrométrique) µ kg/kg pouvoir comburivore ou fumigène Indices A air amb ambiante Ash cendres (ash ) B chaudière (boiler )  Cr C  L  m  Q broy broyeur d désulfuration CCM chaleur dans cendres volantes et mâchefers C, H, S, O, N carbone, hydrogène, soufre, oxygène, azote CV cendres volantes el électrique en entrée ext extérieur F combustible brûlé F0 combustible introduit G gaz, fumées i composé i ib imbrûlés int introduite K calcaire MF mâchefers O, N oxygène, azote rec recirculation R référence RA réchauffeur d’air RC rayonnement et convection s sortie sat saturation sec sec souff soufflage tir tirage ut utile vap vapeur vent ventilateur 0 stoechiométrique Indices Ce document a ete delivre pour le compte de 7200082909 - universite evry val d'essonne // 194.199.90.54 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200082909 - universite evry val d'essonne // 194.199.90.54 tiwekacontentpdf_be8730 v1 – – 3 1. Définition et types de chaudière À l’heure actuelle, l’état de la technique peut être résumé de la manière suivante : – les générateurs de vapeur (chaudières) pour les centrales à charbon sont basés sur la technologie de combustion à « charbon pulvérisé » ou en « lit fluidisé circulant », une circulation eau vapeur de préférence forcée, avec une capacité thermique allant de 600 à 2 600 MWth. Les paramètres eau vapeur vont jusqu’à 300 bar et 620 oC pour la partie haute pression (HP), et des dévelop- pements en cours visent 350 bar et 700 oC ; – les centrales à gaz sont basées sur des cycles combinés avec turbine à gaz (TAG) et turbine à vapeur (TAV). Les générateurs de vapeur sont du type « récupération » et contiennent des écono- miseurs, évaporateurs et surchauffeurs à plusieurs niveaux de pression (jusqu’à trois). La circulation eau vapeur est souvent naturelle, mais on peut noter de plus en plus fréquemment l’appa- rition de chaudières à circulation forcée ; – les chaudières à biomasse couvrent une très large plage de capacité qui peut varier de 2 MWth jusqu’à 500 MWth . La circu- lation eau vapeur est majoritairement naturelle, la combustion se fait sur grille de combustion ou en lit fluidisé dense ou circulant ; – les chaudières d’incinération vont de 2 MWth jusqu’à environ 130 MWth par ligne. La circulation eau vapeur est naturelle, la combustion se fait sur grille de combustion ou en lit fluidisé ; – les chaudières industrielles couvrent une plage très étendue de capacités et de technologies qui inclut, outre les techniques stan- dard citées ci-dessus, une très large panoplie de solutions spéci- fiques pour des industries telles que la sidérurgie, la chimie, la papeterie, les cimenteries et autres ; – les chaudières de cogénération derrière TAG sont un cas parti- culier qui combine les solutions des chaudières de récupération avec les spécificités des chaudières industrielles ; – les chaudières solaires se trouvent au tout début d’un futur pro- metteur. Les solutions pour les trois technologies de concentration (miroirs paraboliques, miroirs de Fresnel, tour) sont très hétérogènes. Les trois types de cycles eau/vapeur associés à ces différents cas sont présentés dans la figure 1 : – la figure 1a montre un cycle vapeur sans resurchauffe, tel que réalisé typiquement dans les installations de petite capacité avec une puissance inférieure à 20 MWel. ; – la figure 1b montre un cycle vapeur avec resurchauffe, tel que réalisé typiquement dans les centrales thermiques ; – la figure 1c montre le schéma d’un cycle combiné (turbine à gaz + turbine à vapeur) à trois niveaux de pression. Des évapora- teurs à multiples niveaux de pression permettent de refroidir les fumées de la façon la plus efficace. Aperçu historique Tout en sachant que les premiers générateurs de vapeur ont été développés par Heron (120 av. J.-C.), l’ère moderne des chaudières commençe au début du XVIIIe siècle avec Savary (1698), Newcomen (1712) et Watt (1769) [1]. Les premières chaudières à tubes de fumées ont été développées par Stevens et Trevithick (1811) et la première chaudière à tubes d’eau par Eve (1825) [1]. Le vingtième siècle a surtout été marqué par de nombreux développements dans les domaines du traitement d’eau, des aciers et des techniques de fabrication (soudage). En parallèle, des techniques de combustion (charbon pulvérisé) se développent, les turbines à vapeur apparaissent et les notions de thermodynamique s’affinent. Les augmentations de la pres- sion et de la température de la vapeur sont apparues comme des facteurs essentiels pour l’amélioration du rendement des cycles énergétiques, tandis que l’augmentation de la puissance unitaire a été le principal moteur des réductions de coût. Quel- ques étapes clés de la technologie moderne ont été : – la combustion à charbon pulvérisé ; – la resurchauffe ; – les parois membranes ; – la circulation forcée d’eau ; – la marche en pression glissante. Tous ces développements ont été introduits entre 1920 et 1970. Figure 1 – Cycles eau/vapeur des différentes chaudières Chaudière Turbine HP MP BP Alternateur Condenseur Dégazeur Réchauffeurs HP Rechauffeurs BP a cycle vapeur sans resurchauffe b cycle vapeur avec resurchauffe c cycle combiné Chaudière Vapeur surchauffée Turbine Alternateur Condenseur Dégazeur Vapeur resurchauffée Réchauffeurs HP Réchauffeurs BP Postes de réchauffage HP MP BP Condenseur Alternateur MP/BP HP T C Air Chambre de combustion Gaz d’échappement (fumées) Turbine à gaz Turbine à vapeur Vapeur HP Vapeur MP Vapeur BP Vapeur MP, froide T turbine C compresseur Chaudière de récupération Cheminée Parution : avril 2012 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200082909 - universite evry val d'essonne // 194.199.90.54 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200082909 - universite evry val d'essonne // 194.199.90.54 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200082909 - universite evry val d'essonne // 194.199.90.54 tiwekacontentpdf_be8730 v1 – – 4 D’un point de vue réglementaire, c’est maintenant la directive équipements sous pression (directive du Parlement européen 97/23/CE), transposée en droit Français par le décret no 99-1046, qui régit la mise sur le marché des générateurs de vapeur de tous types. La famille de normes européennes harmonisées transcrites par les normes françaises homologuées NF EN 12952, intitulée « Chaudières à tubes d’eau et installations auxiliaires », se substitue progressivement au code français de construction des générateurs de vapeur (NF E 32-101 à 106), pour faciliter l’application pratique de la directive 97/23/CE. Il faut toutefois noter que le respect de cette directive n’impose pas l’utilisation d’une norme précise ; il est uploads/Litterature/ les-chaudieres-pdf.pdf

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