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1 - SYSTÈMES DE COMBUSTION

2 - TYPES ET CALCUL DE CIRCULATION EAU/VAPEUR

3 - ÉCHANGEURS DANS LES PARTIES SOUS PRESSION

4 - CIRCUITS AIR/FUMÉES

Article de référence | Réf : BE8731 v1

Échangeurs dans les parties sous pression
Chaudières. Systèmes de combustion, circuits eau/vapeur et air/fumées

Auteur(s) : Markus HAIDER, Philippe SEGUIN

Relu et validé le 30 août 2023

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RÉSUMÉ

Avec les critères de conception des échangeurs (parties sous pression et autres) et des circuits air/fumées, cet article donne une vue d'ensemble des systèmes constitutifs d'une chaudière. Il détaille principalement les systèmes de combustion et leurs spécificités, ainsi que les types de circulation eau/vapeur (circulation naturelle, assistée par pompe, forcée, etc). Par la suite, il expose le cas des échangeurs dans les parties sous pression et aide aux choix des matériaux. Finalement, les circuits air/fumées sont analysés (nature des circuits, réchauffeurs d’air, ventilateurs, etc).

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ABSTRACT

This article provides an overview of the component systems of a boiler with the design criteria of exchangers (pressure parts and others) and air/smoke circuits. It mainly details combustion systems and their specificities as well as the types of water/steam circulation (natural, pump-assited, forced, etc.). It also presents the case of exchangers in pressure parts and provides advice regarding the choice of materials. It ends on the analysis of air/smoke circuits (nature of the circuits, air-heaters, ventilators, etc).

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

Les bilans énergétique et de matière des chaudières ont fait l'objet d'un premier dossier [BE 8 730].

Le système de combustion et le système de circulation eau/vapeur sont les éléments les plus spécifiques d'une chaudière. Avec les critères de conception des échangeurs sous pression et des circuits air/fumées, ce dossier [BE 8 731] donne une vue d'ensemble des systèmes constitutifs d'une chaudière.

Le dossier suivant [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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De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be8731


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3. Échangeurs dans les parties sous pression

3.1 Types d'échangeurs

D'un point de vue très schématique, une chaudière à combustion peut être ramenée à deux groupes de composants :

  • un foyer servant à convertir l'énergie potentielle contenue dans le combustible (pouvoir calorifique) en gaz chauds et en rayonnement ;

  • des échangeurs utilisés principalement pour transférer l'énergie contenue dans ces gaz à de l'eau sous forme liquide ou vapeur, de façon à l'utiliser dans un cycle thermodynamique de production d'électricité.

D'une manière générale, que ce soit pour le calcul ou pour la conception des échangeurs rencontrés dans les chaudières, se reporter aux dossiers [B 2 340] à [B 2 345].

De façon plus spécifique, si l'on suit le parcours de l'eau/vapeur le long de la chaudière (figures 22 et 23), il est composé successivement des principaux échangeurs suivants :

  • économiseur ;

  • évaporateurs (comprenant notamment les parois du foyer) ;

  • surchauffeurs ;

  • parfois resurchauffeurs.

  • Économiseur

    L'eau venant du poste de réchauffage, alimenté par les soutirages de la turbine, ou bien directement du dégazeur 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),...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - SCHÄFF (K.) -   Entwicklung zum heutigen Wärmekraftwerk. Band I der Fachbuchreihe « Kraftwerkstechnik ».  -  VGB Power Tech.

  • (2) - KATHER (A.), KESSEL (W.), BRÜGGEMANN (H.) -   Entwicklung und Betriebserfahrungen mit Schmelzfeuerungen.  -  VGB Kraftwerkstechnik, Heft 8, S.707/14 (1995).

  • (3) - IDEL‘CHIK (I.E.) -   Handbook of hydraulic resistance coefficients of local resistance and of friction.  -  NTIS_AEG-TR-6630 (1960).

  • (4) - SPIEGEL (W.) et al -   Dynamische chlorinduzierte Hochtemperaturkorrosion von Verdampfer- und Überhitzerbauteilen aufgrund spezieller Belagsentwicklungen.  -  Basé sur des essais dans l'usine d'incinération d'ordures menagères de Düsseldorf, Flingern, mai 2005.

  • (5) - DOLEZAL (R.) -   Dampferzeugung : Verbrennung, Feuerung, Dampferzeuger.  -  Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York (1990).

  • (6)...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

  • Chaudières. Bilans et dimensionnement.

  • Chaudières de puissances à déchets, à biomasse et de récupération.

1 Outils logiciels

KED PPSD (calcul chaudière) http:// www.ked.de

NOWA (circulation eau-vapeur) http://www.iet.tuwien.ac.at

ASPEN PLUS® (cycles thermiques, réactions) http:// www.aspentech.com

IPSE PRO (cycles thermiques, réactions) http:// www.simtechnology.com

EBSILON®PROFESSIONAL (cycles thermiques, réactions) http://www.steag-systemtechnologies.com

APROS (simulations dynamiques) http://www.apros.fi

ANSYS FLUENT (simulations CFD 3D) http:// www.ansys.com

STAR CCM+ (simulations CFD 3D) http:// www.cd-adapco.com

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