Article de référence | Réf : BE8730 v1

Chaudières. Bilans et dimensionnement

Auteur(s) : Markus HAIDER, Philippe SEGUIN

Relu et validé le 30 août 2023

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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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ABSTRACT

Boilers. Energy balance and dimensioning

The term boiler defines an apparatus which transfers energy in the form of heat and delivers pressurized vapour or superheated water. These apparatus are constitutive elements essential to all energy productive thermodynamic processes. The construction principles of boilers using water as a fluid depend on the thermic power, vapour pressure and type of fuel. Theoretically, the ways in which they function are ruled by physical phenomena and the laws of thermodynamics. The first step of the construction of a boiler therefore consists in the calculation of their energy balance. However combustion boilers and recovery boilers do not have the same characteristics and thus the same response to the energy balance.

Auteur(s)

  • Markus HAIDER : Professeur à l'Université technique de Vienne (Autriche) - Directeur de l'Institut d'énergétique et thermodynamique

  • 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.) ;

  • 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.

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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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be8730


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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,...

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

1 Règlementation

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

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2 Événements

Power-Gen Europe http://www.power-gen.com

VGB Conférences “chaudières http://www.vgb.or

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3 Annuaire

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3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

Alfa Laval Aalborg A/S http://www.aalborgindustries.com

Alstom...

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