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Chaudiere a Vapeur

Oct 10, 2015

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chaouqi
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  • OFPPT

    ROYAUME DU MAROC

    MODULE N:12 Chaudires vapeur

    SECTEUR :FROID ET GENIE THERMIQUE

    SPCIALIT :THERMIQUE INDUSTRIELLE

    NIVEAU :TECHNICIEN SPECIALISE

    Office de la Formation Professionnelle et de la Promotion duTravail

    DIRECTION RECHERCHE ET INGNIERIE DE FORMATION

    RSUM THORIQUE&

    GUIDE DE TRAVAUX DIRIGES

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    REMERCIEMENTS

    La DRIF remercie les personnes qui ont particip ou permis llaboration de cemodule de formation.

    Pour la supervision :

    M. Rachid GHRAIRI : directeur de CDC Gnie Electrique Froid et Gnie Thermique

    M. Mohamed BOUJNANE : Chef de ple Froid et Gnie ThermiqueMme. Ilham BENJELLOUN : Formatrice animatrice au CDC FGT

    Pour llaboration :

    M. EL KHATTABI Mhamed: Formateur lISGTF

    Pour la validation :

    Mme BENJELLOUN Ilham: Formatrice animatrice au CDC FGTM. MAHBOUB Ahmed : Formateur lISGTFMme MARFOUK Aziza :Formatrice lISGTF

    OFPPT/DRIF 2

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    SOMMAIRE

    PagePrsentation du module 7Rsum de thorie 8

    I Chaudires 9I 1 Chaudires tubes de fumes 10I 2 Chaudires tubes deau 18I 3 La circulation dans les vaporisations 25

    II Technologie des changeurs de la chaudire 32II 1 Chambres de combustion 33II 2 Les surchauffeurs (HT,MT,BT) 39II 3 Les vaporisateurs 44II 4 Les conomiseurs 45II 5 Les rservoirs 48II 6 Le rchauffeur dair 51

    III Evacuation et traitement des produits de combustion 57III 1 Ventilateurs 58III 2 Les ramoneurs 65III 3 Les dpoussireurs 67III 4 Postes de prparation des combustibles 71

    IV Alimentation en Eau de la chaudire 75IV 1 Principes dalimentation en eau 76IV 2 Contrle de niveau 78IV 3 Traitement des eaux pour chaudires 80

    Guide de travaux pratiques 84

    I.TP1 Rglage du brleur 85II.TP2 Dpannage dun brleur 86

    Evaluation de fin de module 87Liste bibliographique 88

    OFPPT/DRIF 3

    Les utilisateurs de ce document sont invits communiquer la DRIF toutes lesremarques et suggestions afin de les

    prendre en considration pourlenrichissement et lamlioration de ce

    programme.

    M. SAID SLAOUIDRIF

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    MODULE : 12 Chaudires vapeur

    Dure : 90 H80% : Thorique20% : Pratique

    OBJECTIF OPERATIONNEL DE PREMIER NIVEAUDE COMPORTEMENT

    COMPORTEMENT ATTENDU

    Pour dmontrer sa comptence, le stagiaire doit : Assurer la conduite deschaudires, selon les conditions, les critres et les prcisions qui suivent :

    CONDITIONS DEVALUATION

    A partir des consignes donnes par le formateur A laide de la documentation technique donne par le formateur. A partir de mises en situation

    CRITERES GENERAUX DE PERFORMANCE

    Description juste des diffrentes chaudires utilises. Mise en marche correcte dune chaudire.

    OFPPT/DRIF 4

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    OBJECTIF OPERATIONNEL DE PREMIER NIVEAU DE COMPORTEMENT

    Prcisions sur le comportementattendu Critres particuliers de performance

    A - Connatre les diffrentsgnrateurs utiliss.

    Description correcte des gnrateurs eauchaude.

    Connaissance exacte des gnrateurs deausurchauffe.

    Description correcte des gnrateurs devapeur.

    B - Enumrer les surfaces de chauffecomplmentaires et leur rle.

    Description correcte des surchauffeurs. Connaissance exacte des conomiseurs. Description correcte des Rchauffeurs

    dair.

    C - Assurer lvacuation et letraitement des produits decombustion.

    Description correcte des carneaux etconduits de fume.

    Connaissance correcte des traitements defume.

    D - Assurer lalimentation en eau. Description exacte des diffrents modesdalimentation en eau.

    Contrle juste du niveau deau.

    E - Connatre les diffrentsquipements priphriques de lachaudire.

    Identification correcte du rle de chaqueorgane install sur la chaudire.

    OFPPT/DRIF 5

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    OBJECTIFS OPERATIONNELS DE SECOND NIVEAU

    LE STAGIAIRE DOIT MAITRISER LES SAVOIRS , SAVOIR-FAIRE, SAVOIRPERCEVOIR OU SAVOIR ETRE JUGES PREALABLES AUX APPRENTISSAGESDIRECTEMENT REQUIS POUR LATTEINTE DE LOBJECTIF DE PREMIER NIVEAUTELS QUE :

    Avant dapprendre connatre les diffrents gnrateurs utiliss (A) :

    1- Dcrire les lments constituants chaque type et leurs fonctionnement.2- Dfinir le principe de fonctionnement de chaque type.3- Dfinir les fluides caloporteurs.

    Avant dapprendre numrer les surfaces de chauffe complmentaires et leurrle (B) :

    4- Dfinir lintrt de la surchauffe et la resurchauffe.5- Dfinir les modes de rglage de la temprature de surchauffe et de

    resurchauffe.6- Dfinir les avantages demplacement dun conomiseur.7- Dfinir les problmes pouvant tre rencontrs avec les rchauffeurs dair et

    les mesures de protection.

    Avant dapprendre assurer lvacuation et le traitement des produits decombustion (C) :

    8- Dcrire les diffrents types de foyers.9- Dfinir les modes de rglage de la temprature de surchauffe et de

    resurchauffe.10-Dfinir les diffrents modes de traitement des fumes.11-Dfinir les modes dvacuation des cendres et des mchefers.

    Avant dapprendre assurer lalimentation en eau (D) :

    12-Dfinir les principes dalimentation en eau.13-Dfinir le contrle du niveau.14-Dfinir le traitement pour les eaux de chaudire.

    OFPPT/DRIF 6

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    PRESENTATION DU MODULE

    Le module de chaudires vapeur comprend 4 parties :

    la 1er partie concernant la connaissance des diffrentes chaudires vapeurutilises dans lindustrie ainsi que leurs quipements priphriques cecipour les conduire dune manire rationnelle.

    La 2me partie donne un aperu sur les changeurs des chaudires ainsi queleur rles.

    La 3me partie dcrit les principaux ventilateurs qui permettent lvacuationdes fumes ainsi que leurs traitements.

    Et finalement la 4me partie fait connatre le traitement en bref ainsi quelalimentation en eau pour les chaudires industrielles.

    Ce module est dune dure de 90 heures, 80% de cette masse horaire estalloue la thorie et 20% pour la pratique.

    OFPPT/DRIF 7

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    OFPPT/DRIF 8

    Module :CHAUDIERES A VAPEUR

    RESUME THEORIQUE

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    OFPPT/DRIF 9

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    I 1 CHAUDIRES TUBES DE FUMEES

    I 1 1 D escription gnrale

    La chaudire vapeur dcrite ci-aprs permet de produire de la vapeur enfonctionnement automatique.

    Constituants principaux : corps chaudronn brleur / ventilateur circuit dutilisation vapeur circuit dalimentation en combustible tableau de commande et contrle scurits

    Architecture gnrale :La chaudire se prsente sous la forme dun cylindre reposant sur un support

    rectangulaire -chssis-Chaque extrmit de ce cylindre est ferme par une porte.Sur la face avant est mont le brleur.

    Sur la partie suprieure, se situent : le dispositif dutilisation de la vapeur, les soupapes de scurit, les prises de pression, un contrle de niveau, une ouverture dinspection, le dpart chemine.

    Sur chaque partie latrale se situe une ou deux ouvertures dinspection.

    Sur la partie latrale droite ou gauche suivant le sens de construction, se trouvent lesindicateurs de niveau, le contrle dalimentation en eau et le contrle de niveau.

    En partie infrieure, se situent la trappe suies, une ouverture dinspection et lavidange du gnrateur.

    OFPPT/DRIF 10

    I CHAUDIRES

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    I 1 2 Chaudronnerie

    Le corps de la chaudire est ralis en acier. Les lments sont souds par procdautomatique ou semi-automatique.

    Il se prsente sous la forme dune enveloppe cylindrique.

    A chaque extrmit de cette enveloppe cylindrique sont souds deux fonds platsemboutis.

    Le fond avant -Rep.B- et le fond arrire -Rep.C- sont traverss par le tube foyer-Rep.D- constituant le 1er parcours des gaz de combustion et par les tubes de fumesconstituant les 2me et 3me parcours.

    Sur lextrmit avant du corps, est fixe par soudure, sur le fond, la hotte avant Rep.E-. Celle-ci ferme par une porte Rep.G-, collecte les gaz de combustion du 2meparcours pour les canaliser vers le 3me parcours de tubes. En partie infrieure la hotteavant est munie dune trappe suie -Rep.J-.

    Sur lextrmit arrire du corps est fixe par soudure la hotte arrire -Rep.F-.Celle-ci, ferme par une porte -Rep.H-, canalise les fumes du 3me parcours vers le

    dpart chemine -Rep.I-. Cette hotte dispose dune boite de renversement des gaz ouchicane du foyer vers le 2me parcours de tubes -Rep.K-.

    Ce corps chaudronn est muni dorifices de visite :Un trou de tte ou trou dhomme sur la partie suprieure -Rep.M-.Un trou de poing sur la partie infrieure -Rep.O-Un trou de poing sur chacune des parties latrales -Rep.N-

    Le chssis -Rep.L- supporte le gnrateur et ses auxiliaires.Il rpartit la charge statique au sol afin que celle-ci ne dpasse pas 10 MPa -1Kg/

    cm2-.Il est constitu par des profils de dimensions appropries.

    Pour permettre la manutention, la chaudire est munie doreilles.

    Diffrents pitements sont positionns par soudure sur cette enveloppe cylindrique

    En partie latrale :Deux paires de pitements recevant 2 indicateurs de niveau rflexion -Rep.7-.

    Deux pitements recevant une bouteille destine la rgulation dalimentation eau Rep.8-.

    Deux pitements recevant une bouteille recevant le systme de contrle de niveautrs bas -Rep.9-.

    OFPPT/DRIF 11

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    Deux pitements tamponns -Rep.10-.

    Ceux-ci peuvent recevoir en option une bouteille rserv un 2me contrle deniveau trs bas.

    Un pitement dalimentation eau -Rep.11-.

    Eventuellement et en option :Un pitement de dconcentration de surface -Rep.12-Un pitement de prise de mesure Rep.13-Un pitement de contrle de niveau trop haut -Rep.14-

    En partie infrieure :Un pitement de vidange et dextraction -Rep.6-.

    OFPPT/DRIF 12

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    OFPPT/DRIF 13

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    I 1 3 Matriaux isolants - Calorifuge

    Matriaux isolants :

    Gnralits :Le circuit des fumes dune chaudire comporte des garnissages de matriaux

    isolants aux endroits exposs.

    Gueulard protection autour du nez du brleur -Rep.P- et boite de renversement desgaz -Rep.K-.

    Le rayonnement direct de la flamme impose pour cet ouvrage une qualit suprieurede rfractaire prsentant les caractristiques minimales suivantes :

    Excellente rsistance aux chocs thermiques,Bonne rsistance la corrosion chimique,Faible dilatation et retrait,Rsistance pyroscopique de lordre de 1600 C correspondant uneutilisation pouvant atteindre 1300 C.

    Porte arrire -Rep.H-La porte arrire est calorifuge avec une couche sous forme de bloc isolant.

    Porte avant -Rep.G-La porte avant est calorifuge par deux couches croises de nappe isolante protge

    par une tle.

    Isolation extrieure - calorifuge :La partie cylindrique du gnrateur est revtu dun matelas isolant en laine de roche

    Epaisseurs gnralement utilises :Timbre infrieur 18 bar : 70 mmTimbre suprieur ou gal 18 bar : 10 mm(deux couches croises de 50 mm)

    Le calorifuge est protg par une tle inox ondule dpaisseur 0,6 mm.

    I 1 4 Appareillage

    Equipement de chauffe :Gnralits quipement

    Rgulation de charge :Lutilisation dun gnrateur ne se faisant pas, en rgle gnrale, dbit constant, il

    y a donc lieu de faire varier lapport dnergie combustible en fonction de la demandecalorifique.

    OFPPT/DRIF 14

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    I 1 5 Principe de rgulation

    Tout ou rien :La rgulation est place sous la dpendance dun pressostat de marche.

    Tout, peu ou rien :La rgulation de charge est place sous la dpendance de :

    Un pressostat "Peu"Un pressostat "Tout"

    Modulante :La rgulation de charge de type modulante se compose de :

    Un capteur qui convertit la pression vapeur en un signal lectrique proportionnelUn servo-moteur qui positionne le registre dair et la vanne de rgulation decombustible de faon conserver un rapport combustible/air sur la plage demodulation.

    Lorsque la demande du rseau devient infrieure au minimum technique du brleur,celui-ci passe en fonctionnement "TOUT ou RIEN".

    Indicateurs de niveau :Deux indicateurs de niveau rflexion permettent la visualisation continue du

    niveau deau dans le corps du gnrateur.Ces indicateurs de sont quips de robinetterie disolement permettant la purge et le

    remplacement ventuel des glaces de niveau.

    Rgulation de niveau deau :Cet appareillage est de type lectrodes dans une bouteille prvue cet effet

    -Rep.8-.

    Groupe alimentaire eau :En liaison avec la rgulation de niveau, le groupe moto-pompe eau assure

    lalimentation en fonction du niveau en chaudire lui-mme dpendant de lavaporisation.

    Coffret de commande :Les divers dispositifs de commande, de protection et de signalisation sont regroups

    dans ce coffret.

    Un programmateur contrleur de flamme assure les diverses squences : Prventilation, Prallumage, Contrle flamme pilote ou 1er dbit, Allumage de la flamme principale, Surveillance la flamme.

    OFPPT/DRIF 15

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    I 1 6 Scurits

    Pression vapeur :Soupape de scurit

    Pressostat de marche :Un pressostat arrte le brleur une pression lgrement infrieure au timbre du

    gnrateur.

    Un manomtre indique en permanence la pression de vapeur rgnant dans le corpssous pression. Ce manomtre est quip dun robinet 3 voies muni dune bride destine recevoir un manomtre talon lors des visites rglementaires.

    Niveau deau en chaudire :Deux scurits de niveaux protgent en cascade le gnrateur contre le manque

    deau :La premire de type lectrodes places dans une bouteille -Rep.8- arrte et

    verrouille le brleur, dclenche une alarme pour tout niveau infrieur au niveau normalde la chaudire.

    La deuxime scurit de type lectrodes place dans un pitement -Rep.3- arrte etverrouille le brleur pour un niveau lgrement suprieur 60 mm au dessus de lapremire surface chauffe par les gaz tubes fumes ou tube foyer.

    La remise en service du gnrateur aprs dclenchement de cette scurit nestpossible que par une action manuelle de rarmement des scurits.

    I 1 7 Entretien

    Tous les jours : Purger au moins une fois par jour, le rgulateur automatique dalimentation en eau.

    Ne refermer le robinet de purge que lorsque le brleur se sera arrt et que lasonnerie dalarme de manque deau aura fonctionn.La pompe eau doit se mettre en service automatiquement.

    Vrifier ltanchit des bougies disolement et labsence de condensation dans lebotier.

    Effectuer des extractions dont le nombre et limportance sont prescrits par lefournisseur de linstallation de traitement deau dalimentation.

    Prendre un chantillon deau et en faire lanalyse sommaire.Se conformer aux indications du fournisseur de linstallation de traitement deau.

    Vrifier la temprature des fumes la chemine.

    Purger les indicateurs de niveau deau.

    OFPPT/DRIF 16

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    Toutes les semaines : nettoyer les filtres fuel-oil, gaz et eau dmonter la canne brleur et la nettoyer dans lessence, le ptrole ou le gas-oil dmonter et nettoyer le verre recouvrant la cellule purger la chicane tubulaire si la chaudire en est munie

    Nettoyage et examen ct fumes : ouvrir les portes de chaudire, ramoner les portes de la chaudire, enlever les suies de la boite fumes avant,

    avant de refermer la porte arrire, sassurer du parfait tat de la garniturerfractaire, refermer ensuite, les portes en prenant soin de placer de nouveauxjoints,

    remettre la chaudire en service et resserrer les vises des prortes chaud.

    Tous les deux mois : Vrifier soigneusement le matriel lectrique et dautomaticit Nettoyer les contacts si ncessaire

    Avant de procder ce travail : couper linterrupteur gnral Graisser le groupe moto-pompe eau Vrifier les bourrages de la pompe eau Vrifier la fixation des moteurs.

    Tous les ans : Remplacer la cellule

    Dans une installation marchant 24 heures sur 24, il est ncessaire de procder ceremplacement tous les six mois.

    Graisser les moteurs Nettoyage et examen de la chaudire ct eau :

    laisser refroidir la chaudire et la vider entirement,enlever les couvercles du trou dhomme et des diffrents trous de main,nettoyer lintrieur de la chaudire au moyen dun tuyau darrosage branch surune arrive deau sous forte pression,lorsque la chaudire aura t nettoye, vrifier son tat intrieur afin de dcelertout entartrage ou corrosion. lapparition de ces phnomnes doit amenerautomatiquement la corrosion du systme dpuration,remettre de nouveaux joints de trou dhomme et de trous de mains et refermer lachaudire, remplir la chaudire.

    OFPPT/DRIF 17

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    I 2 GNRALITS SUR LES CHAUDIRES TUBES DEAU

    I 2 1 Production dlectricit dans une centrale thermique vapeur

    Les cycles thermo seront exposs dans le cadre du cours thermodynamique.

    La valeur produite par la chaudire est dsurchauffe et dtendue dans la turbine ;lnergie quelle contient est transforme en nergie mcanique utilise pour entranerlalternateur qui la transforme en nergie lectrique.

    En fin de dtente dans la turbine, la vapeur est condense dans le condenseur aucontact de tubes parcourus par leau de rfrigration (eau de mer ou de rivire).

    Leau condense est reprise par des pompes dextraction et envoye vers la pompealimentaire travers des rchauffeurs B.P aliments par des soutirages de vapeur laturbine.

    Leau servant la rfrigration est de leau brute ayant subi un simple filtrage.

    Leau du cycle eau vapeur est une eau chimiquement traite pour viter les dptsou les corrosions dans lensemble du circuit.

    Leau est rchauffe progressivement jusqu lentre de la chaudire.

    Pour compenser leau perdue par les purges et les diverses fuites, on injecte dans lecircuit de leau dappoint en provenance dun poste de traitement deau.

    OFPPT/DRIF 18

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    I 2 2 Rle de la chaudire

    Lalternateur transforme lnergie mcanique que lui transmet la turbine en nergielectrique.

    La turbine transforme lnergie calorifique contenue dans la vapeur en nergiemcanique.

    La chaudire utilise lnergie chimique contenue ltat latent dans lescombustibles et lair comburant, et transmet cette nergie un support qui, dans le casqui nous intresse, est la vapeur deau mais qui pourrait tre galement un gaz ou deleau.

    Q chimique Q cal Q mec Q elec

    Chaudire Turbine Alternateur

    La chaudire assure donc 2 fonctions principales :

    Une fonction combustion :- mlange combustible + comburant- combustion proprement dite

    Une fonction change de chaleur :- transmission de la chaleur contenue dans les produits de la combustion

    leau entrant dans la chaudire.

    Ltude des chaudire ncessite donc la connaissance :- des combustibles et de la combustion- des phnomnes de transmission de chaleur.

    Lamnagement gnral de la chaudire correspond videmment ces deuxfonctions ; on trouvera :

    - une chambre de combustion avec quipement de chauffe,- des changeurs de chaleur.

    I 2 3 Remarques

    1/- La transformation deau en vapeur sature, puis surchauffe dans la chaudirese fait pression constante. Nous aurons donc tudier comment seffectue lacirculation de leau et de la vapeur dans les diffrents changeurs.

    2/- La combustion seffectue des pressions voisines de la pressionatmosphrique ; leau et la vapeur se trouvent par contre des pressions leves(quelques bars jusqu 190 bars dans les cycles). Pour des questions mcaniquesvidentes, on trouvera donc, dans les changeurs tubulaires, leau et la vapeur lintrieur des tubes et les gaz de combustion lextrieur.

    OFPPT/DRIF 19

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    3/- Dans le cas des centrales nuclaires le cycle eau vapeur est le mme lachaudire nuclaire est constitue par le racteur (fonction combustion) et parles gnrateurs de vapeur (fonction transmission de chaleur).

    I 2 4 Schmas de chaudires

    1/- Schma "externe"

    Cest le schma de circulation des produits de combustion.

    Lair comburant pris latmosphre est souffl par un ventilateur de soufflage travers un rchauffeur dair vers les quipements de chauffe (brleurs) o seffectuele mlange avec le combustible.

    Dans la chambre de combustion, le mlange de loxygne de lair et de combustiblessenflamme en produisant des gaz chauds.

    La chambre est souvent tapisse dcrans vaporisateurs qui absorbent une partie dela chaleur dgage ; les gaz chauds circulent dans des carneaux o ils rencontrentsuccessivement les diffrents changeurs de la chaleur en se refroidissantprogressivement en cdant leurs calories leau et la vapeur.

    En fin de parcours, pour puiser davantage la chaleur contenue dans les gaz, onleur fait traverser le rchauffeur dair qui est le seul changeur de la chaudire ne pastre sous pression. Outre le gain de rendement obtenu, cette disposition permetdamliorer la combustion (flamme plus courte).

    OFPPT/DRIF 20

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    Avant dtre envoys par la chemine latmosphre, les gaz de combustiontraversent un dpoussireur si le combustible donne des rsidus de combustion solides(charbon, fuel).

    La chemine peut tre suivant les P :

    - tirage naturel

    - tirage mcanique (ventilateurs de tirage).

    Le mode de tirage permet de dfinir deux types de chaudires :

    - chaudires pressurises : en pratique, la pression fournie par le ventilateur desoufflage permet de vaincre le P travers lquipement de chauffe et dans tous lescircuits de gaz jusqu la base de la chemine. Pour viter les fuites de gaz chauds,il est ncessaire davoir des parois parfaitement tanches.

    - Chaudires en dpression : dans ce type de chaudires, le ventilateur de soufflageest charg de compenser la P dans le rchauffeur dair et les brleurs ; leventilateur de tirage assure une dpression allant de 0 dans la chambre une valeurcorrespondant aux P des circuits jusquau ventilateur lui-mme. Dans ce type dechaudire, le dbit de gaz est augment des entres dair qui accroissent la perte la chemine.

    Il faut remarquer que le ventilateur de soufflage vhicule de lair froid alors que leventilateur de tirage est travers par des gaz chauds (dbits volumes plus importants).

    Evaluation des tempratures des gaz :

    2/- Schma "interne"

    OFPPT/DRIF 21

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    Il sagit du schma de circulation de leau dans les diffrents changeurs.

    Leau rchauffe dans le poste deau pntre dans un conomiseur o elle estrchauffe jusqu une temprature un peu infrieure la temprature de saturation.

    A la sortie de lconomiseur, leau est envoye dans le rservoir reli aux faisceauxvaporisateurs dans lesquels seffectue la transformation de leau en vapeur sature. Cesfaisceaux sont constitus essentiellement par les crans de la chambre de combustion.Dans le cas des petites chaudires, les vaporisateurs comprennent un faisceau convection en plus des crans de chambre.

    Le rservoir a pour but de rpartir leau dans les diffrents faisceaux par des tubesde descente et de recueillir le mlange eau et vapeur qui en sort.

    La vapeur sature spare de leau par des sparateurs mcaniques situs dans lerservoir traverse ensuite le ou les surchauffeurs : surchauffeurs B.T, surchauffeurH.T. La division de la zone de surchauffe en 2 ou 3 lments permet lutilisation dumatriau le plus conomique pour le tube en fonction de la temprature. Elle permet deplacer entre les diffrents lments de surchauffeurs un dsurchauffeur qui limite, enfonction de la charge, la temprature de la vapeur allant la turbine.

    Aprs dtente dans la partie H.P de la turbine (environ 30 bars), la vapeur estrenvoye la chaudire dans un resurchauffeur avant de retourner la MP.

    3/- dispositions relatives des changeurs dans les circuits de gaz

    La chambre de combustion, qui est la zone la plus chaude de la chaudire, est engnral tapisse dcrans vaporisateurs constitus par des panneaux de tubes placsentre un distributeur et un collecteur.

    Le vaporisateur est le plus grand changeur de la chaudire

    OFPPT/DRIF 22

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    Le coefficient de transmission de chaleur du mlange eau/vapeur est plus levquen vapeur seule. Il y a donc meilleur refroidissement du tube.

    Dans les carneaux de fumes, les gaz les plus chauds rencontrent dabord leschangeurs dans lesquels la vapeur est la plus chaude : surchauffeurs,resurchauffeurs ; en fin de parcours des gaz se trouvent lconomiseur puis lerchauffeur dair. cest ce que lon appelle la circulation contre courant ourationnelle ou mthodique

    Par opposition quon lchangeur est parcouru dans le mme sens que les fumes, ilsagit dune circulation irrationnelle ou antimthodique.

    I 2 5 Dimensions et caractristiques de quelques chaudires descentrales thermiques

    PALIER DE PUISSANCE 125 MW 250 MW 600 MWType HAURE 2-3Pression vapeur barTimbre "Temprature surchauffeTemprature resurchauffePression resurchauffeDbit de vapeur t/hDbit de combustible (fuel) t/hDimensions chaudire :Hauteur mLargeurLongueurCapacit chambre

    125147545545

    28 30360 400

    27,5

    361315

    16319056556534

    700 77054

    462022

    16319056556534

    1725128

    492729

    7000 10000 m3

    I 2 6 Paramtres de dfinition dune chaudire

    Type de circulation Nature du combustible Dbit de vapeur Timbre du rservoir Pression de vapeur surchauffe Pression de vapeur resurchauffe Temprature vapeur Temprature de leau alimentaire Rendement recherch

    I 2 7 Classification des chaudires

    Les chaudires peuvent tre classes en fonction

    OFPPT/DRIF 23

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    1/- du combustible brl

    - Chaudires au charbonau fuelau gazmixtes fuel-gaz etc

    2/- du mode de combustion

    - chaudires prssurises- chaudires en dpression- chaudires au charbon sur grille

    au charbon pulvris foyer cendres fondues

    3/- du mode de circulation

    - circulation naturelle- circulation contrle- circulation force

    4/- de la technologie de construction

    - chaudires retour de flamme- chaudires suspendues- chaudires poses- fin-casing ou skin-casing

    5/- des conditions thermodynamiques

    - haute pression, haute temprature - basse pression, sature- resurchauffe ou sans resurchauffe

    6/- de la destination

    - chaudires industrielles- chaudires de production thermique- chaudires dmarrage rapide- chaudires accumulation- chaudires de rcupration

    OFPPT/DRIF 24

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    I 3 LA CIRCULATION DANS LES VAPORISATEURS

    I 3 1 Circulation du fluide dans les autres faisceaux

    La circulation deau (conomiseur), de vapeur (surchauffeur ou resurchauffeur),dair ou fumes (resurchauffeur dair, circuit des gaz) rsulte des diffrences despression entre lentre et la sortie.

    Pour lconomiseur par exemple :

    Soit P0 la pression au rservoir

    P1 la pression au refoulement de la pompe alimentaire (P1 > P0)

    La pression P0 est maintenue constante par la rgulation de la pression de lachaudire.

    La pression P1 rsulte de la caractristique pression-dbit de la pompe alimentairepour un dbit

    P1 - P0 = P (rchauffeurs) + P (Eco) + P (tuyauteries de liaison).Le dbit entre dans lconomiseur et le mme dbit en sort.

    Connaissant :- La vitesse dentre ncessaire pour avoir un bon refroidissement des tubes

    dconomiseur.- La surface dchange de lconomiseur

    On calcule :- le nombre de tubes en parallle,- la longueur de chaque tube,- la perte de charge dans lconomiseur

    On calcule de mme les P dans les rchauffeurs et les tuyauteries et on dduit lapression ncessaire au refoulement de la pompe pour obtenir P0 au rservoir de lachaudire.

    OFPPT/DRIF 25

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    La pression P0 elle-mme est calcule partir de la pression demande ladmissionturbine et des pertes de charge dans les tuyauteries de liaison chaudire Turbine etdans le rchauffeur.

    La circulation ct eau ou ct vapeur est produite par une pompe ; de la mmefaon, la circulation ct air et ct gaz de combustion est assure par des ventilateurs.

    I 3 2 Circulation dans les vaporisateurs

    Le (ou les) vaporisateur constitue le plus grand changeur de la chaudire puisquecest l que seffectue la transformation de leau en vapeur. De plus le vaporisateur setrouve souvent au contact des fumes les plus chaudes (crans des chambres decombustion).

    On aura donc des faisceaux de grande surface (nombreux tubes en parallles outubes trs longs) dans lesquels le dbit deau/vapeur devra tre suffisant pour assurer,quel que soit le rgime de marche de la chaudire, un bon refroidissement des tubes.Pour rsoudre ce problme diffrentes solutions sont possibles, chacune dellecorrespond un type de chaudire dtermin.

    1/- Chaudire SULZER ou Once Through

    dans ce type de chaudire on applique le principe de circulation utilis dans leschangeurs du paragraphe prcdent. La chaudire est constitue par quelques tubes enparallle qui forment successivement lconomiseur, le vaporisateur et lesurchauffeur ; la circulation est assure par la pompe alimentaire.

    La vitesse varie le long du tube, compte tenu des variations de poids spcifique :

    OFPPT/DRIF 26

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    - 1,5 3 m/s dans lconomiseur- 3 20 m/s dans le vaporisateur- 20 30 m/s dans le surchauffeur

    La perte de charge est trs leve ; par exemple pour obtenir 100 bars en sortiesurchauffeur il faut une pompe alimentaire refoulant 180 bars.

    Quand la charge varie les zones de vaporisation se dplacent, on peut alors setrouver en vaporisation complte dans des zones de temprature fumes favorisant lesdpts de sels prjudiciables la tenue des tubes.

    Ce type de chaudire na pas de rservoir ; toutefois un sparateur est plac en sortiede vaporisateur est plac en sortie de vaporisateur : la vapeur est envoye ausurchauffeur, leau est rinjecte dans lconomiseur.

    La chaudire SULZER a lavantage dun encombrement et dun poids rduits ; ellepermet galement une vaporisation rapide et est bien adapte une centrale de pointe.

    Les inconvnients sont :

    - le cot lev de la pompe alimentaire,- la ncessit dun traitement deau trs labor,- la faible capacit daccumulation- la grande sensibilit aux variations de charge, ncessitant des rgulations trs

    sophistiques

    2/- Chaudires circulation force type BENSON

    Ce type de chaudires est directement driv du prcdent. Le vaporisateur estdivis en plusieurs faisceaux en srie, le vaporisateur terminal tant plac dans unezone ou les gaz sont moins chauds pour viter les dpts de sels lintrieur des tubes.

    3/- Chaudires circulation naturelle

    Cest le gnrateur de vapeur le plus courant.

    Leau et le mlange eau/vapeur circulent sans le concours daucune pompe en nemettant en uvre que des phnomnes naturels.

    OFPPT/DRIF 27

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    a/- Principe de la circulation naturelle

    Le vaporisateur, piqu sur le rservoir, est constitu de tubes non chauffs. Dans lespremiers circule leau descendant du rservoir, dans les seconds se forme un mlange(mulsion) deau et de vapeur de poids spcifique infrieur celui de leau, quiremonte vers le rservoir. La circulation rsulte de la diffrence de poids des 2colonnes (thermosyphon).

    Calculons les pertes de charge :

    - dans le tube descendant :

    P1 = Pentre + Pfrottement

    P1 = 1 W1 (V12/2g) + 2 (l1/d1) W1 (V12/2g)

    - dans le tube chauff :

    P = Pentre + Pfrottement + Pmise en vitesse

    P = 1 W1 (V2/Ag) + 2 (l/d) Wm (Vm2/2g)

    lapplication du thorme moyen se calcule partir de la quantit de chaleurabsorbe par le tube.

    OFPPT/DRIF 28

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    b/- Calcul de la circulation

    Chaque faisceau est chauff diffremment et par ailleurs tous les faisceaux sontaliments en parallle. On trace, pour chaque faisceau, la caractristique (hwm +P) en fonction du dbit, on en dduit graphiquement la caractristique globale.Lintersection avec la caractristique de descente donne le point de fonctionnement,do les dbits et les vitesses dans les diffrents faisceaux.

    La connaissance de la vitesse lentre des tubes est importante pour sassurer durefroidissement suffisant des tubes. Cette vitesse doit tre dautant plus importante quele tube est plus chauff. Une circulation insuffisante peut provoquer des dformationset des ruptures de tubes.

    Les considrations ci-dessus font apparatre que le dbit deau en circulation dudbit de vapeur de la chaudire ; il peut lui tre trs suprieur.

    On appelle indice de circulation N le rapport du dbit de circulation ou dbit devapeur de la chaudire. N varie de 3 ou 4 50 suivant la pression et le dbit de lachaudire.

    En sortie des tubes chauffs on a un mlange deau et de vapeur ; ce mlangetraverse des sparateurs, la vapeur est dirige vers le surchauffeur ; alors que leauretourne dans les vaporisateurs par les tubes de descente.

    OFPPT/DRIF 29

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    c/- Influence de la circulation sur la construction

    La force motrice qui cre la circulation naturelle est proportionnelle

    h (w1 wm)

    Cette force motrice dpend donc de la pression de fonctionnement de la chaudire ;plus la pression est leve, plus (w1 wm) diminue et plus il faut augmenter la hauteurde la chaudire.

    La circulation tant freine par la perte de charge, les dispositions constructivesdoivent permettre de rduire ces pertes de charge.

    - tubes verticaux aussi droits que possible

    - piquages soigns des tubes dans les rservoirs

    - pas de parties horizontales dans lesquelles leau et la vapeur se sparent.

    d/- Limite de la circulation naturelle

    Le gros avantage de ce type de circulation est de ne pas ncessiter lutilisation depompe (prix, consommation, fiabilit). Ses inconvnients sont :

    - manque de souplesse de construction.

    - utilisation des pressions infrieures 180 bars

    - sensibilit aux chutes brutales de pression.

    OFPPT/DRIF 30

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    4/- Chaudires circulation assiste

    Cest un compromis entre la chaudire circulation naturelle et les chaudires circulation force. La pompe fournit un appoint permettant, soit une P plus leve(utilisation de tubes de petits diamtres), soit le fonctionnement aux pressions voisinesde 180 bars quand la force h (w1 wm) nest plus suffisante.

    De plus, laide de diaphragmes placs lentre des tubes, il est possible de rglerles dbits dans des vaporisateurs de longueur ou de chauffage diffrents.

    Ce type de gnrateur a une meilleure souplesse de fonctionnement que legnrateur circulation naturelle, et ne ncessite pas la mme puissance de pompe quele gnrateur circulation force.

    5/- Chaudires circulation contrle type LA MONT

    La circulation dans les vaporisateurs est assure par une pompe de circulationcomme pour la circulation force, mais les faisceaux sont constitus par un grandnombre de tubes en parallle.

    On utilise donc des pompes de circulation grand dbit, mais faible P.

    Ce type de circulation, par la grande souplesse de forme quil permet convientparticulirement aux chaudires spciales : chaudires de bateaux, chaudires dercupration etc

    OFPPT/DRIF 31

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    OFPPT/DRIF 32

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    Dans lordre o les fumes les rencontrent, on trouve les faisceaux suivants :

    - la chambre de combustion

    - les surchauffeurs (HT, MT, BT)

    - les vaporisateurs (ventuellement)

    - les resurchauffeurs

    - lconomiseur

    - le rchauffeur dair

    Les problmes rencontrs rsultent :

    - de la fonction remplir

    - des tempratures de fumes ou de vapeur leves

    - de la corrosion par les fumes ou par leau

    - de lencrassement du aux fumes

    - des changes de chaleur (valeurs relatives des coefficients de transmission externes

    et internes)

    - des modes de circulation dans le cas des vaporisateurs

    II 1 CHAMBRES DE COMBUSTION

    II 1 1 Gnralits

    La chambre de combustion est la partie la plus importante du gnrateur de par safonction et de par sa taille.

    Cest en effet dans la chambre de combustion que se dveloppe la flamme decombustion et cest l que seffectuent les changes de chaleur les plus intenses ;compte tenu des tempratures leves ces changes se font principalement parrayonnement.

    La forme donne la chambre de combustion dpend essentiellement du type decombustible et de lquipement de chauffe utilis. Les dimensions doivent permettreun dveloppement satisfaisant de la flamme garantissant une combustion complte ; enaucun cas la flamme ne doit venir au contact des parois de la chambre.

    OFPPT/DRIF 33

    II TECHNOLOGIE DES CHANGEURS DE LA CHAUDIRE

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    Les formes et les dimensions doivent par ailleurs tre telles que le dgagementcalorifique soit compris entre 150 000 et 300 000 mth/m2 et que labsorption dechaleur par les crans soit aussi uniforme que possible et limite 150 000 mth/m2dcrans (ce qui ncessite dans le cas des trs grosses chaudires, lutilisation dcransmdians)

    Dans le cas de combustibles cendreux, la partie infrieure de la chambre doit avoirune forme de trmie permettant lextraction des cendres.

    Les parois de la chambre sont tapisses dcrans jointifs ou non. Par convention :

    - la faade des brleurs constitue lcran avant.

    - la faade oppose constitue lcran arrire ; pour permettre la sortie des gaz de lachambre, les tubes constituants cet cran sont carts sur une partie de la hauteur,constituant le 1er vaporisateur ou faisceau coup de feu , dont le rle est deprotger les surchauffeurs

    - lallumage du mlange combustible + air comburant est assur dans certains cas parle rayonnement des parois autour des brleurs ; dans ce cas on mnage autour desbrleurs des zones non recouvertes dcrans pour en augmenter le rayonnement

    Les chambres de combustion peuvent tre :

    - pressurises : il ny a pas de ventilateur de tirage

    - en dpression : il y a un ventilateur de soufflage dair et un ventilateur de tirage labase de la chemine

    II 1 2 Chambres de combustion des petites chaudires

    Les parois sont constitues de briques :- briques rfractaires ct feu- calorifuge ensuite- briques rouges pour ltanchit

    pour viter des tempratures trop leves sur les briques, des tubes crans, nonjointifs, peuvent tre ajouts.

    Dans le cas des chaudires grille, lallumage du charbon est ralis par lerayonnement dune vote rfractaire au dbut de lentre du charbon dans la chambre.

    OFPPT/DRIF 34

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    En gnral, les chaudires au mazout ncessitent de tapisser les parois en brique detubes jointifs pour viter les tempratures trop leves et les corrosions des briques.

    Le casing est la tle externe soude la charpente support de la chaudire ; la casingassure ltanchit et lhabillage de la chaudire.

    II 1 3 Chambres de combustion des grosses chaudires

    Les tempratures sont plus leves et les chaudires sont de plus grandesdimensions. Elles sont le plus souvent suspendues une charpente, ce qui proscrit lesparois paisses de rfractaires. Dans ces conditions, les parois sont constitues de tubesavec ou sans ailettes jointifs. On rencontre les dispositions suivantes :

    1/- Skin-casing

    Tubes lisses jointifs sur lesquels est plaque la tle de casing assurant ltanchitqui se trouve alors la mme temprature que les tubes. Cette disposition permet deraliser des chaudires pressurises.

    OFPPT/DRIF 35

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    2/- Fin casing

    ltanchit est assure par les tubes eux-mmes. Les tubes sont des tubes ailetteslongitudinales soudes entre elles.

    3/- Ecrans des foyers cyclones

    dans de tels foyers, la combustion se fait une temprature leve, au-dessus dupoint de fusion des cendres. Les tubes sont quips de studs, petits cylindres quimaintiennent un ciment rfractaire sur le tube.

    4/- Dimensions et qualit des tubes

    les tubes sont en acier non alli, les tempratures de mtal tant trs voisines de latemprature de saturation. Les diamtres extrieurs utiliss dpendent du type decirculation :

    - 76 mm (3'') pour chaudire circulation naturelle

    - 38 mm (1,5'') pour chaudires circulation contrle

    5/- Alimentation des crans

    Les crans peuvent tre aliments soit directement depuis le rservoir, soit par unetuyauterie alimentant un distributeur. De mme lmulsion sortant des tubes peut tresoit renvoye directement au rservoir, soit recueillie dans un collecteur reli aurservoir par une ou plusieurs tuyauteries.

    6/- Dispositions particulires

    Les parois des chambres de combustion sont quipes de regards, de portes devisite, de trappes dexpansion, deffacements pour souffleurs de suies, ncessitant unformage particulier des tubes leur emplacement.

    OFPPT/DRIF 36

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    Dans le cas des chaudires pressurises des prcautions doivent tre prises pourassurer ltanchit ces emplacements et leur refroidissement (soufflage daircomprim de refroidissement en provenance du ventilateur de soufflage et dair 7bars pour ouverture du regard).

    En gnral, les crans des chambres de combustion constituent tout ou partie desvaporisateurs de la chaudire, il peut arriver, dans certains cas, quune partie de cescrans soit affect la surchauffe. Le but recherch est davoir une partie dusurchauffeur o lchange de chaleur se fasse par rayonnement ; la combinaisondchanges par rayonnement et par convection permet dobtenir les plus faiblesvariations de temprature de surchauffe avec la charge.

    7/- Liaison tubes cran/enveloppes

    La liaison doit permettre les dilatations diffrentielles entre les tubes unetemprature voisine de la saturation et lenveloppe qui est spare des crans par lecalorifuge.

    8/- Regard de chambre pressurise

    OFPPT/DRIF 37

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    REGARD DUN GENERATEUR A DE VAPEUR A CHAMBRE DECOMBUSTION PRESSURISEE

    OFPPT/DRIF 38

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    II 2 SURCHAUFFEURS ET RESURCHAUFFEURS

    II 2 1 Gnralits

    Les surchauffeurs et les resurchauffeurs sont les changeurs dont le mtal est latemprature la plus leve.

    Les surchauffeurs sont aliments par la vapeur sature sortant du rservoir ; lavapeur surchauffe est envoye la turbine.

    Les resurchauffeurs sont aliments par la vapeur ayant subi une premire dtentedans la partie HP de la turbine, la vapeur resurchauffe est renvoye au corps MP de laturbine o elle continue se dtendre.

    La grande majorit des chaudires est quipe de surchauffeurs, par contre seulesles chaudires thermiques sont quipes de resurchauffeurs.

    Les tempratures leves dans les surchauffeurs et les resurchauffeurs augmententle rendement du cycle et rduisent les rosions dues aux condensations dans lesderniers tages BP de la turbine.

    Malheureusement ces tempratures sont limites par les caractristiques dersistance du mtal des tubes.

    Pour des tempratures de mtal infrieures 425C, on peut utiliser des aciersordinaires non allis.

    Pour des tempratures ne dpassant pas 540C, on utilise des aciers ferritiquescontenant du Cr, Mo, Va en quantit relativement faible.

    Au del de 540C, on emploie des aciers austnitiques (18% Cr, 8% Ni). Ces acierssont videmment beaucoup plus chers et sont plus difficiles mettre en uvre.

    En pratique, on dcomposera en deux ou trois parties, le surchauffeur, par exemple :

    - Surchauffeur BT pour t mtal 425C

    - Surchauffeur MT pour t mtal 540C

    - Surchauffeur HT au-del de 540C

    OFPPT/DRIF 39

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    GENERATEUR DE VAPEUR DE 400 t/h STEIN & ROUBAIX(Centrale de CREIL)

    SURCHAUFFEUR PRIMAIRE (Basse temprature)

    OFPPT/DRIF 40

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    II 2 2 Implantation des surchauffeurs dans la chaudire

    Suivant le mode dchange de chaleur, la caractristique temprature de surchauffeen fonction de la charge a des allures diffrentes.

    On voit que la combinaison astucieuse dlments rayonnement et dlments convection permet dobtenir une temprature de surchauffe relativement constanteavec la charge.

    On peut ainsi placer une partie de surchauffeur dans la chambre de combustion olchange se fait presque exclusivement par rayonnement, une autre partie tant placejuste avant lconomiseur o lchange se fait par convection.

    Entre ces deux positions extrmes les changes se font la fois par rayonnement etpar convection.

    En gnral, la circulation est mthodique : la vapeur circule en sens inverse desfumes de faon rduire la surface ncessaire ; dans certains cas, pour limiter latemprature de mtal des tubes on adopte une circulation antimthodique.

    II 2 3 Cas particulier des resurchauffeurs

    La temprature de resurchauffe est le plus souvent trs voisine de la temprature desurchauffe ; par contre la pression dans les resurchauffeurs est beaucoup plus faibleque dans les surchauffeurs ; au total il semblerait donc que le resurchauffeur posemoins de problme que le surchauffeur. En ralit il faut rsoudre en outre :

    - le problme de la rpartition de vapeur entre tous les tubes, la perte de chargeautorise ne dpassant pas 1 ou 2 bars ;

    - le problme de la temprature du tube ; basse pression les coefficients detransmission de chaleur tant moins bons qu hautes pressions, la temprature dumtal du tube dpend dune faon plus importante de la temprature des fumes.

    OFPPT/DRIF 41

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    II 2 4 Construction

    Les tubes ont des diamtres de 38 63,5 mm, les vitesses de vapeur variant de 20 30 m/s. Suivant lemplacement des surchauffeurs on rencontre diffrentesconstructions.

    - surchauffeurs pendentifs situs dans le carneau horizontal ;

    - surchauffeurs vidangeables. Placs dans les carneaux verticaux des chaudires

    - surchauffeurs panneaux situs dans les chambres de combustion

    II 2 5 Protection des surchauffeurs et des resurchauffeurs

    Les collecteurs de sortie des surchauffeurs et des resurchauffeurs sont quips desoupapes de sret.

    Ces soupapes sont tares de faon souvrir avant celles du rservoir.

    Avantages

    OFPPT/DRIF 42

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    - Ltanchit de soupapes en vapeur surchauffe se conserve mieux que celle desoupapes en vapeur sature

    - En cas de suppressions, le surchauffeur continue tre aliment en vapeur et lestubes sont protgs des tempratures excessives.

    II 2 6 Rglage de la surchauffe

    1/- But du rglage de surchauffeur (ou de resurchauffe)

    Une temprature excessive peut entraner des contraintes dans les surchauffeurs oudans la turbine dpassant les valeurs admissibles et provoquer des accidents graves.

    Une temprature trop faible pnalise le rendement du cycle et augmente lrosiondans les derniers tages BP de la turbine.

    La temprature de vapeur variant avec la charge mme si on combine les changespar rayonnement et par convection, on dispose de diffrents moyens pour rgler oupour limiter la temprature de surchauffe :

    - Recyclage des gaz de combustion- Injection deau - Inclinaison des brleurs- By-pass des gaz de combustion

    2/- Recyclage des gaz de combustion

    Une partie (0 30%) des gaz sortent de lconomiseur est renvoye par unventilateur la partie infrieure de la chambre de combustion.

    Leffet de recyclage est double :

    - La temprature des gaz dans la chambre de combustion diminue, ce qui rduitlchange par rayonnement sur les crans : la temprature des gaz la sortie de lachambre de combustion augmente

    - Le dbit de gaz sortant de la chambre de combustion augmentant, lchange parconvection dans le surchauffeur et dans le resurchauffeur augmente

    Donc le recyclage des fumes augmente la temprature de surchauffe et deresurchauffe.

    3/- Injection deau

    On injecte dans la vapeur surchauffe ou resurchauffe une quantit deau rglable

    OFPPT/DRIF 43

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    Linjection se fait un tage de surchauffe intermdiaire de manire tre assurdune vapeur sche, de temprature uniforme, la sortie. La qualit chimique de leauinjecte doit tre au moins quivalente celle celle de la vapeur.

    Leau est pulvrise pour faciliter sa vaporisation

    4/- Inclinaison des brleurs

    Ce procd trs particulier nest employ quavec des brleurs conus spcialement.

    La temprature sortie chambre de combustion, donc la temprature de surchauffeaugmente en dirigeant les brleurs vers le haut.

    5/- Contournement des gaz de combustion

    La diminution de la temprature de surchauffe est obtenue en rduisant le dbit degaz traversant le surchauffeur.

    II 3 LES VAPORISATEURS

    Dans les grandes chaudires modernes la totalit de la vaporisation est assure parles crans de la chambre de combustion.

    Dans ces crans, il faut sassurer que la vaporisation est nucle (en bulles) etnon en film, de faon conserver un bon coefficient de transmission interne quigarantit une temprature de mtal acceptable.

    Les chaudires industrielles sont, le plus souvent, quipes dun faisceauvaporisateur complmentaire. Dans les chaudires circulation naturelle, ce faisceauest constitu de tubes le plus droit possible piqus entre le rservoir suprieur et lerservoir infrieur. Les tubes sont courbs de faon pntrer radialement dans lesrservoirs et absorber les dilatations diffrentielles. Les tubes sont en gnraldudgeonns (mandrins) au moyen dun appareil expenseur conique.

    OFPPT/DRIF 44

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    Dans les chaudires circulation contrle, on dispose dune plus grande souplessede construction et les vaporisateurs ont des formes analogues celles dessurchauffeurs.

    II 4 LES CONOMISEURS

    II 4 1 Rle des conomiseurs

    Leau en provenance du condenseur est rchauffe dans le poste deau ; la pompealimentaire lamne la chaudire une pression un peu suprieure celle desvaporisateurs.

    Avant denvoyer cette eau dans le rservoir de la chaudire, on lui fait traverser unconomiseur plac sur le parcours des gaz de combustion. Cette disposition prsenteles avantages suivants :

    - Les gaz de combustion subissent un refroidissement complmentaire et la perte parchaleur sensible la chemine est diminue.

    - En rchauffant leau on rduit lcart de temprature par rapport la tempraturedans le rservoir (temprature de saturation) ; on rduit ainsi les contraintesthermiques auxquelles le rservoir est soumis.

    Lconomiseur est plac dans des fumes environ 500C, la circulation estmthodique. Il ny a donc pas de problmes lis aux tempratures leves. Lchangede chaleur se fait exclusivement par convection, les vitesses deau varient de 0,1 0,7m/s suivant le type dconomiseur.

    Leau ayant un coefficient de convection lev par rapport aux gaz, les tubes sontpratiquement la temprature de leau. les fumes contiennent du SO3 et de la vapeurdeau qui se condensent sur les tubes sous forme dacide sulfurique, si leur tempratureest infrieurs au point de rose.

    La construction des conomiseurs doit donc prendre en compte les lmentssuivants :

    OFPPT/DRIF 45

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    - Grande surface dchange du fait des faibles tempratures de fumes et leur faiblecoefficient de convection

    - Rsistance la corrosion

    - Encrassement des surfaces

    En aucun rgime de fonctionnement, lconomiseur ne doit tre vaporisant, pourviter les instabilits dcoulement.

    II 4 2 Economiseurs en fonte

    La fonte rsiste mieux que lacier la corrosion, mais les tubes en fonte sont limitsaux pressions infrieures 40 bars. Pour des pressions plus leves, on peut utiliser destubes en acier chemiss dailettes en fonte.

    II 4 3 Economiseurs en acier

    Quand les corrosions ne sont pas craindre (grandes chaudires o t = 240C) onutilise des faisceaux de tubes en acier. Ces tubes peuvent tre lisses ou ailettes. Dansce dernier cas les coudes sont rapports et placs lextrieur des conduits de fumes,comme les collecteurs et distributeurs.

    OFPPT/DRIF 46

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    ECONOMISEUR DUN GENERATEUR DE 900 t/h BABCOCK WILCOX(CHAMPAGNE-SUR-OISE)

    OFPPT/DRIF 47

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    II 5 LES RSERVOIRS

    Les rservoirs nexistent pas dans certains types de chaudires (chaudires traverse force). Ils font partie du circuit de vaporisation, mais ne sont pas chauffspar les gaz de combustion.

    Le rservoir reoit leau sortant de lconomiseur et alimente en eau, par des tubesnon chauffs les diffrents vaporisateurs. Lmulsion sortant de ces vaporisateurs sedgagent dans la partie haute du rservoir. Des sparateurs et des scheurs sparent lesphases eau et vapeur.

    - leau retourne dans les vaporisateurs

    - la vapeur est envoye au surchauffeur

    Il stablit dans le rservoir un plan deau donc le niveau est contrl par lergulateur de la chaudire. Le rservoir constitue une rserve deau en cas de variationrapide de la charge

    OFPPT/DRIF 48

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    COUPE DU RESERVOIR DUN GENERATEUR DE VAPEUR DE 770 t/h STEIN & ROUBAIX

    OFPPT/DRIF 49

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    Pour une chaudire de 735 t/h le rservoir les dimensions suivantes :

    - diamtre extrieur : 1,950 m- longueur : 18,2- paisseur : 138 mm- poids : 145 tonnes

    II 5 1 Construction

    Les rservoir sont construits en acier spcial partir de viroles cylindriques et defonds hmisphriques et semi-elliptiques.

    Les viroles sont obtenues par cintrage chaud et soudes longitudinalement. Lenombre de viroles constituant le rservoir rsulte des dimensions des fours detraitement thermiques.

    Le rservoir est soumis la rglementation des Mines, son cot est lev et sondlai dexcution est important. Pour ces diffrentes raisons, le rservoir subit denombreux contrles en cours dexcution et galement en exploitation.

    En raison des contraintes thermiques leves dont il est le sige, le rservoir pilotela vitesse de monte en temprature lors des dmarrages.

    II 5 2 Equipement externe

    Le rservoir est quip des pitements ncessaires au raccordement :

    - des soupapes de sret

    - des tuyauteries dalimentation venant de lconomiseur

    - des tuyauteries de dpart vers les surchauffeurs

    - des tuyauteries dvents, de purges de dconcentration dinjection de ractifs, de

    prises dchantillons deau et de vapeur.

    - Des niveaux deau

    Et bien entendu des raccordements aux vaporisateurs.

    II 5 3 Soupapes de sret

    Le dcret du 2 Avril 1926 modifi impose dquiper les rcipients sous pression devapeur de soupapes de sret dont le dbit et le tarage soient tels que la pression dansle rcipient ne dpasse jamais une valeur appele timbre. Le rservoir subit une

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    preuve hydraulique en fin de fabrication 1,5 fois le timbre. Cette preuve esteffectue en prsence des Mines qui dfinissent le timbre rglementaire.

    La rglementation impose une rpreuve dcennale des rcipients.

    Le timbre est la valeur de pression prendre en compte dans les calculs desrservoirs.

    Les soupapes de sret sont des soupapes ressort. Leur tanchit est difficile assurer, surtout aprs un premier fonctionnement.

    II 6 LES RCHAUFFEURS DAIR

    II 6 1 - Gnralits

    Les rchauffeurs dair sont, la diffrence de tous les changeurs prcdents, desappareils pratiquement sans pression. Ils sont placs, ct air laval du ventilateur desoufflage et ct fumes laval de lconomiseur. ce sont donc des changeurs basse pression et basse temprature, avec des coefficients internes et externes dumme ordre.

    Le rchauffeur dair a pour but de refroidir les fumes de faon rduire la perte parchaleur sensible des gaz ; cette chaleur ainsi rcupre est utilise pour le rchauffagedont on sait quil amliore la combustion.

    Les problmes rencontrs dans les rchauffeurs dair sont de deux sortes :

    - corrosion par les fumes- incendie

    Il existe une trs grande varit de solutions au problme du rchauffage dair.

    II 6 2 Rchauffeurs dair tubulaires

    Ces rchauffeurs sont en gnral des rchauffeurs primaires, cest dire quils sontsuivis dun autre rchauffeur plac juste avant la chemine dans des zones detemprature plus froides.

    Les rchauffeurs primaires nont donc pas craindre les corrosions sulfriques.

    Les appareils sont constitus de faisceaux de tubes droits piqus entre deux plaquestubulaires. Lair ou les fumes peuvent circuler lintrieur des tubes ; le nettoyage estplus facile quand cest lair qui circule lintrieur des tubes.

    OFPPT/DRIF 51

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    La circulation est gnralement croise.

    II 6 3 Rchauffeurs DEKA

    Ils sont constitus de tubes en fonte de section rectangulaire comportant des ailettes lextrieur pour accrotre la surface dchange.

    Ces appareils sont utiliss comme rchauffeurs secondaires grce leur bonnersistance la corrosion.

    Leur encombrement et leur poids sont importants.

    II 6 4 Rchauffeurs rotatifs

    Principe : des tles chauffes par les gaz de combustion sont ensuite places dans lecircuit dair froid quelles rchauffent avant dtre nouveau places dans les gazchauds.

    OFPPT/DRIF 52

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    SCHEMA DU RECHAUFFEUR DE VAPEUR 770 T/HDE LA CENTRALE DE SAINT-OUEN

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    Deux ralisations correspondent ce principe :

    - Rchauffeurs LJUNGSTRM

    Cet appareil est constitu dun empilement vertical de tles en secteurs constituantun rotor en tournant 1 tr/mn.

    Des gaines dair et de fumes parallles laxe de rotation font traverser ce rotor parmoiti par les fumes.

    Les secteurs de tles passent donc successivement dans les fumes puis dans lair.

    Les deux faces des tles, qui enoutre sont modules, interviennentdans lchange de chaleur. Ondispose donc, dans un espace limit,dune surface dchange importante.Ce faible encombrement constitue leprincipal avantage de ce type derchauffeurs.

    Il est difficile dassurerltanchit entre les circuits dair etles circuits de gaz. Comme lair est une pression plus leve il seproduit une fuite dair vers les gazde combustion (4 8%). Cettetanchit se dgrade dans le temps,ce qui fait que lentretien de cesappareils est coteux.

    Ils prsentent par ailleurs le risque de prendre feu encas darrt accidentel du rotor.

    - Rchauffeur dair ROTHEMHLE

    Ces appareils sont assez semblables aux prcdents, mais au lieu de faire tourner lessecteurs de tles, ce sont les gaines dair qui tournent, lensemble gaines dair et tlestant plac dans la gaine de fumes.

    OFPPT/DRIF 54

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    Par rapport au type prcdent, le rchauffeur ROTHEMHLE prsente un certainnombre davantages :

    - mcanismes dentranement plus simple

    - tanchit air/fumes qui ne se dgrade pas dans le temps, donc entretien moins

    coteux

    - risques dincendie moins importants

    OFPPT/DRIF 55

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    II 6 5 Rchauffeurs Perkins

    Les tubes sont ferms leurs extrmits. Ils sont remplis 1/3 deau pure et sousvide (saturation 35C)

    Leau se vaporise dans la partie horizontale ; la vapeur produite se condense dans lapartie incline en cdant sa chaleur lair et retombe dans la partie horizontale.

    II 6 6 Rchauffeurs tubes de verre

    Dans les parties les plus froides de la chaudire, on a imagin de remplacer lacier,trs sensible aux corrosions sulfuriques, par du verre pyrex. Pour viter les risques derupture par vibrations provoques par les gaz, les tubes sont de prfrence horizontaux.Les plaques tubulaires restent en acier et sont, elles, sensibles la corrosion sulfurique.

    OFPPT/DRIF 56

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    III 1 VENTILATEURS

    La chaudire utilise un ou plusieurs ventilateurs :

    - Ventilateur de soufflage (toutes les chaudires),

    - Ventilateur de tirage (chaudires en dpression),

    - Ventilateur de recyclage dair,

    - Ventilateur de recyclage des fumes,

    - Ventilateur de rinjection des suies.

    - Ventilateur de transport du charbon pulvris vers les brleurs

    III 1 1 Ventilateurs de soufflage et de tirage

    1/- Gnralits

    Le ventilateur de soufflage apporte lair ncessaire la combustion.

    Quand la chaudire est en pression, le ventilateur de soufflage doit non seulementrefouler lair comburant jusqu la chambre de combustion, mais galement assurer lacirculation des gaz travers tous les changeurs de la chaudire jusqu la chemine

    Dans les chaudires en dpression, le rle du ventilateur de soufflage se limite vaincre les pertes de charge dans le rchauffeur dair, les gaines dair, lquipement dechauffe ; la circulation des gaz brls est assure depuis la chambre de combustionjusqu la chemine par le ventilateur de tirage.

    Le ventilateur de soufflage aspire lair atmosphrique, le ventilateur de tiragerefoule la chemine. Le ventilateur de soufflage fonctionne la tempratureambiante, le ventilateur de tirage est la temprature des gaz la chemine (150 20C).

    Le ventilateur de soufflage peut tre ddoubl en ventilateur dair primaire et enventilateur dair secondaire ; dans certains cas, il y a galement un ventilateur dairtertiaire (charbon pulvris cendreux).

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    III EVACUATION ET TRAITEMENT DES PRODUITS DECOMBUSTION

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    2/- Dimensionnement

    Soit :

    - Pf : dbit de gaz en kg/h lallure maxi,- Pa : dbit dair- Pa : somme des pertes de charge dans les gaines dair, le rchauffeur dair,

    lquipement de chauffe pour le dbit Pa,- Pf : somme des pertes de charge dans les vaporisateurs, surchauffeurs,

    resurchauffeurs, conomiseurs, rchauffeur dair (ct gaz) pour le dbit Pf.

    - Chaudires en dpression

    Ventilateurde

    soufflage

    Temprature 20C 20C 20CDbit en kg/h 0,5 Pa Pa 1,1 PaPression Pa / 4 Pa (1,1)2 Pa

    Ventilateurde

    tirage

    Temprature 180 200 210Dbit 0,5 Pf Pf 1,1 PfPression Pf / 4 Pf (1,1)2 Pf

    - Chaudires en pression

    Temprature 20C 20C 20CDbit Pa / 2 Pa 1,1 PaPression (Pa+Pf) (Pa+Pf) 1,12 (Pa+Pf)

    On dimensionne les ventilateurs avec une marge de 10% sur le dbit et une margede (10%)2 sur les pressions. Cette marge est indispensable pour garantir la productionmaximum de la chaudire en raison des incertitudes des calculs, et de lencrassementdes faisceaux.

    3/- Technologie

    Les ventilateurs de soufflage et de tirage sont soit du type centrifuge, soit du typehlicode, soit enfin du type hlico-centrifuge.

    - Ventilateur centrifuge : aspiration axiale, refoulement radial,

    - Ventilateur hlicodale : aspiration axiale, refoulement axial,

    - Ventilateur hlico-centrifuge : intermdiaire entre les 2 types ci-dessus.

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    Les ventilateurs centrifuges conviennent pour des faibles dbits et des pressionsleves ; les ventilateurs hlicodes sont utiliss pour les grands dbits et les faiblespressions.

    Le ventilateur peut tre entran par un moteur lectrique ou par une turbine.

    Un rcuprateur lchappement du ventilateur permet de rcuprer une partie de lapression dynamique.

    4/- Courbes caractristiques

    Plus la caractristiques est plate plus la variation de dbit correspondant une mmevariation H de pression est importante. En raison des incertitudes sur les pertes decharge du circuit il est prfrable davoir une caractristique incline.

    Les ventilateurs peuvent tre coupls :

    OFPPT/DRIF 60

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    - en srie :

    - en parallle :Les ventilateurs fonctionnent la mme pression mais leurs dbits sajoutent.

    Si le dbit total est infrieur Qm, seul le ventilateur ( I ) dbite. Pour cette raison oncouple en parallle des ventilateurs identiques.

    5/- Rglage du dbit en fonction de la charge

    Le dbit peut tre rgl de trois faons :

    - Variation de la vitesse dentranement du moteur

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    Le variation de la vitesse est obtenue en utilisant par exemple un moteur asynchronedont on fait varier lintensit du courant dans le rotor ou en plaant un coupleurhydraulique entre le moteur et le ventilateur.

    - Modification de la caractristique du circuit rsistant en faisant varier sa pertede charge

    Cette variation de perte de charge est obtenue en modifiant louverture dun registreplac dans les gaines de fumes.

    OFPPT/DRIF 62

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    - Modification de linclinaison des pales

    Ne sapplique quaux ventilateurs hlicodes.

    Lnergie consomme par les ventilateurs de soufflage et tirage est importante : 1 2% de lnergie de la tranche.

    III 1 2 Ventilateur de recyclage dair

    Le rchauffeur dair tant sensible la corrosion sulfurique, on a intrt relever latemprature de lair lentre de rchauffeur pour que la temprature du mtal soitsuprieure au point de rose acide des fumes.

    Ce rchauffage peut tre obtenu en faisant passer le dbit dair dans un pr-rchauffeur vapeur avant de lenvoyer dans le rchauffeur dair.

    Il peut galement tre obtenu en recyclant une partie de lair rchauff la sortie durchauffeur dair vers lentre.

    Contrairement au ventilateur de soufflage, le ventilateur de recyclage dair esttravers par de lair chaud (dbit volume plus important quen air froid).

    Le mlange dair froid et dair chaud nest pas trs homogne et il arrive quecertaines parties du rchauffeur dair soient en-dessous du point de rose.

    OFPPT/DRIF 63

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    III 1 3 Ventilateur de recyclage des fumes

    On a vu, en tudiant les diffrents modes de rglage de la temprature de surchauffeet de resurchauffe quun moyen daugmenter ces tempratures tait de renvoyer desgaz sortant de lconomiseur.

    Des prcautions particulires doivent tre prises pour viter que lentranement duventilateur de recyclage ne sarrte accidentellement, ou tout au moins pour isoler leventilateur ct chambre en cas darrt ; en effet, si un tel incident se produit, les gaz plus de 1000C de la chambre de combustion traversent le ventilateur et provoquent sadestruction.

    III 1 4 Implantation des ventilateurs

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    III 2 LES RAMONEURS

    III 2 1 Gnralits

    La combustion des charbons ou des fuels produit des rsidus solides entrans parles gaz dans les changeurs de la chaudire. Ces rsidus peuvent se dposer sur lestubes des faisceaux, et , suivant leur temprature et leur nature former des dpts quiadhrent fortement aux tubes. Il en rsulte plusieurs inconvnients :

    - le dpt forme un isolant thermique et rduit lchange de chaleur, do unrendement moins bon de chaudire,

    - la section de passage des gaz travers des tubes est diminu et par consquent, laperte de charge augmente, entranant une augmentation de la puissance absorbepar le ventilateur et une rduction du dbit qui peut aller jusqu une rduction de lapuissance de la chaudire.

    Le ramonage a pour but de dcoller les dpts forms sur les tubes pour quilssoient entrans dans les gaz de combustion. Il est effectu par soufflage daircomprim ou de vapeur. Pour certaines parties de la chaudire (conomiseur) cesoufflage peut tre remplac par un nettoyage mcanique, grenaillage par exemple, oupar un lavage leau.

    Le ramonage est effectu priodiquement pendant le fonctionnement de lachaudire, la priodicit dpendant de la nature de limportance des dpts.

    III 2 2 Diffrents types de ramoneurs

    Le fluide de soufflage est introduit dans des tubes :

    - soit percs dune ou plusieurs tuyres leur extrmit : lance,

    - soit percs dune srie de tuyres sur toute sa langueur : rampe.

    Suivant la temprature qui rgne dans la zone nettoyer, les ramoneurs pourronttre laisss en permanence dans les faisceaux (ramoneurs tuyres multiples) ou aucontraire introduits dans le faisceau au moment du ramonage seulement (ramoneursrtractiles).

    1/- Ramoneurs rtractiles

    Lintroduction de la rampe est effectue par un moteur qui commande galement sarotation.

    Quand la rampe est compltement engage, le fluide est admis dans le ramoneur quiest soumis un mouvement de rotation autour de son axe. Quand la rotation est

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    termine, le fluide est coup et la lance revient en arrire dans sa position de repos. Cetype de ramoneur est appel ramoneur effacement .

    Dans les ramoneurs rtractiles proprement dits, le fluide est introduit ds que leramoneur pntre dans la chaudire. La zone balaye est plus importante queprcdemment.

    2/- Ramoneurs tuyres multiples

    La rampe de ces ramoneurs reste en permanence dans la zone nettoyer. Pendant lapriode de nettoyage la rampe est anime dun mouvement de rotation autour de sonaxe.

    En gnral, on utilisera :

    - les ramoneurs effacement dans la chambre de combustion,

    - les ramoneurs rtractiles dans les surchauffeurs et les resurchauffeurs ,

    - les ramoneurs tuyres multiples dans les autres faisceaux.

    A titre indicatif, une chaudire de 770 t/h (palier 250 MW) comporte :

    - 20 ramoneurs effacement dans la chambre,

    - 32 ramoneurs rtractiles dans les surchauffeurs et resurchauffeurs,

    - 8 ramoneurs tuyres multiples pour les conomiseurs.

    III 2 3 Commande des ramoneurs

    Le fluide de ramonage peut tre, soit de lair comprim fourni par un compresseur 20-30 bars, soit de la vapeur 15-20 bars.

    La commande des ramoneurs est effectue depuis la salle de commande suivant unesquence dtermine. Un seul ramoneur fonctionne la fois.

    III 2 4 Nettoyage par grenaillage

    On fait tomber en pluie de la grenaillage de fonte de 6 8 mm sur les tubes nettoyer. La grenaillage et les dpts dtachs tombent la partie infrieure delchangeur sur des tles dflectrices ; les dpts sont entrans en partie par les gaz decombustion vers la dpoussireur.

    La grenaille et les dpts les plus lourds scoulent sur une tle incline ; en roulantla grenaille se dbarrasse des dpts adhrents qui sont rentrans par un courant dair

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    III 3 LES DPOUSSIREURS

    III 3 1 Gnralits

    La pollution par les poussires contenues dans les gaz de combustion peut trerduite par lemploi de chemines de grande hauteur et de dpoussireurs.

    Les chemines jouent un rle important dans la pollution atmosphrique. Les gazrejets sont dautant mieux disperss que la chemine est plus haute, que les gaz senchappent grande vitesse (suprieure 9 m/s) et que leur temprature est plus leve.Cest ainsi que les centrales construites depuis moins de 20 ans comportent deschemines de 120 mtres de haut do les gaz schappent 20 m/s pleine charge.Pour les centrales rcentes au charbon, ces hauteurs sont encore plus importantes : 240m pour la Centrale 600 MW du Havre.

    Les centrales ont dvers en 1967 42000 tonnes de poussires sur lensemble dupays. Ces 42000 tonnes reprsentent moins de 5% de la quantit totale des poussiresproduite par lensemble de lindustrie.

    Pour une tranche de 600 MW consommant 220 t/h de charbon 20% de cendres, laquantit de cendres produite journellement est de 44 x 24, soit environ 1000 tonnes,dont 200 tonnes sont rcupres au foyer et 800 tonnes arrivent au dpoussireur. Sicelui-ci a un rendement de 99% il reste encore 8 tonnes/jour soit prs de 3000 tonnespar an qui sont envoyes latmosphre

    Encombrement dun dpoussireur

    Ex. : Centrale de 250 MW

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    III 3 2 Les diffrents types de dpoussireurs mcaniques

    1/- Les dpoussireurs mcaniques

    Ces dpoussireurs, quel que soit leur type, ont un fonctionnement bas sur ladiffrence de poids spcifiques entre les particules de poussire et les gaz.

    On distingue trois types :

    - Les appareils gravit

    Ils sont constitus par des chambres de dcantation au fond desquelles se dposentles poussires sous le seul effet de la pesanteur.

    - Les appareils inertie

    La sparation est obtenue en faisant subir au gaz poussireux de brusqueschangements de direction au cours desquels les poussires se sparent par inertie.

    - Les appareils centrifugation

    Ce sont des appareils multicyclnes dans lesquels les gaz sont soumis desmouvement tourbillonnaires ; sous leffet de la force centrifuge les particules sontprojetes sur les parois et les gaz scoulent dans laxe des cyclnes.

    2/- Les dpoussireurs poreux

    Ce sont des filtres (toffes, papier ) qui retiennent les poussires.

    3/- Les dpoussireurs laveurs

    Dans ces appareils, les gaz chargs de poussires sont mis au contact deau quiagglomre les poussires sous forme de boues.

    Le contact peut tre ralis par lchage de films qui ruissellent dans des chambresou par ou par pulvrisation deau dans les gaz.

    4/- Dpoussireurs lectrostatiques

    Les poussires sont ionises en traversant un champ lectrique de 50 60 kV et sedposent sur une lectrode o elles se dchargent lectriquement.

    Elles tombent ensuite dans le fond sous leffet de chocs ou de vibrations priodiquessur les lectrodes.

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    4/- Principe

    Llectrode missive provoque llectrisation des particules de cendres par effetcouronne . les particules sont alors attires par llectrode rceptrice sur laquelle ellesse dposent.

    Les vitesses de gaz doivent tre modres, de lordre de 1,5 m/s. les dpoussireurssont constitus de plusieurs tages de dpoussirage.

    Pour une tranche de 250 MW le volume du dpoussireur est denviron 3000 m3, lalongueur totale dlectrodes missives est de 70 km.

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    III 3 3 Caractristiques des dpoussireurs

    Le rendement des dpoussireurs mcaniques est de 85 90% ; avec lesdpoussireurs lectrostatiques on atteint des rendements suprieurs 98%. Cest ainsique pour une tranche de 250 MW au charbon, consommant 95 t/h de charbon, les gazde combustion contiennent 17 19 t/h de cendres ; les gaz schappant la cheminenen contiennent plus que 150 200 kg/h.

    Le rendement des dpoussireurs mcaniques augmente avec la charge ; cest lecontraire pour le dpoussireur lectrostatique.

    III 4 POSTES DE PRPARATION DES COMBUSTIBLES

    III 4 1 Prparation des combustibles solides

    Dans le cas de la combustion du charbon sur grille, il ny a pas de prparationspciale du combustible qui est introduit directement sur la grille par une trmie dechargement. Par contre dans le cas dune chauffe au charbon pulvris , il estncessaire de disposer dune installation de broyage. Cette installation devra permettredobtenir la finesse de grain dsire en consommant le minimum dnergie et avec lesfrais dentretien les plus rduits possibles.

    Pour une quantit de charbon broyer dtermine la consommation dnergiedpend :

    - du type de broyeur,

    - de la qualit du charbon (dimensions du brut fiabilit)

    - de la finesse dsire,

    - de lhumidit du charbon : au del de 8% dhumidit, le broyage est impossible.

    Les frais dentretien des broyeurs rsultent surtout des usures des pices servant aubroyage. Cette usure est dautant plus importante que le charbon est plus abrasif et ellecote dautant plus cher que les pices remplacer sont plus chres ; certains broyeursdont les dpenses de consommation sont plus leves peuvent mieux convenir descharbons abrasifs car les dpenses dentretien sont moins importantes.

    1/- Installations de broyage

    une installation de broyage comporte essentiellement :

    - une alimentation en charbon brut, en gnral par transporteur entran par unmoteur et dont on rgle la vitesse pour rgler le dbit de charbon. Le transporteurest constitu par une chane dont chaque brin forme raclette.

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    Le charbon est sch par soufflage dair chaud pour que son humidit soit infrieure 1%.

    Il faut viter toutefois une temprature trop leve laquelle les matires volatilessenflammeraient. en gnral, la temprature de rchauffage est comprise entre 70 et110C.

    - les broyeurs proprement dits

    Broyeurs billes dans lesquels le charbon est cras entre des billes et un chemin deroulement.

    Broyeurs galets pendulaires dans lesquels le charbon est cras entre une cuvemobile et des galets.

    Broyeurs boulets constitus dun cylindre horizontal tournant autour de son axedans lequel sont placs le charbon et les boulets. Consommation importante mais fraisdentretien rduits.

    - Transport du charbon pulvris

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    Le charbon pulvris est emport du broyeur par lair primaire. Le ventilateur dairprimaire peut tre lamont ou laval du broyeur :

    lamont :

    Le broyeur est en pression, il peut y avoir des fuites de charbon pulvris verslextrieur.

    laval :

    Le broyeur est en dpression, les fuites ne sont plus craindre, par contre leventilateur est travers par le mlange air charbon et suse rapidement.

    III 4 2 Prparation des combustibles liquides

    Pour assurer un pompage et un transport convenable du fuel, il est ncessaire que saviscosit ne dpasse pas certaines limites. La viscosit peut tre rduite en rchauffantle fuel.

    Les fuels domestiques et les fuels lgers ne ncessitent pas de rchauffage. Celui-ciest indispensable par contre pour les fuels lourds.

    Par ailleurs, pour obtenir une bonne pulvrisation dans les brleurs, il est ncessairede rduire encore la viscosit en effectuant un deuxime rchauffage.

    Le rchauffage peut tre effectu la vapeur ; pour les dmarrages, quand on nedispose pas de vapeur, on utilise des rchauffeurs lectriques.

    Le poste de prparation comporte, outre les rchauffeurs, des filtres, des pompespour mise en pression, des rgulations de pression et de dbit, des compteurs ; cesdiffrents lments sont le plus souvent multiples pour viter un arrt d ladfaillance de lun dentre eux.

    III 4 3 Prparation des combustibles gazeux

    Le gaz arrivant la centrale se trouve une pression variable. Pour tre brl, il doittre dtendu, soit dans une turbine pour rcuprer lnergie de la dtente, soit dans undtendeur classique sans rcupration dnergie. lutilisation dune turbine ne peutsenvisager que si le gaz est livr la centrale pression relativement constante.

    En gnral, la dtente se fait dans plusieurs dtendeurs successifs.

    - dtente jusqu environ 5 bars,

    - transport du gaz 5 bars vers la chaudire,

    OFPPT/DRIF 73

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    - dtente de 5 2 bars sur chaque gnrateur.

    Un rchauffeur est install avant la premire dtente. Il permet, quand la pressionest leve, dviter le givrage des appareils aprs la premire dtente.

    Les pressions dans les diffrents tronons du circuit ne doivent pas dpasser desvaleurs maximales en cas de dfaillance des dtendeurs, des soupapes de sret sontobligatoires.

    Des scurits permettent de couper larrive de gaz aux brleurs en cas dincident :

    - manque de ventilation,

    - pression de gaz trop leve,

    - extinction de la flamme.

    Des prcautions particulires sont prendre au redmarrage de linstallation aprsun arrt prolong ; en effet, le gaz forme avec lair un mlange dtonnant quand laproportion de gaz dans lair est denviron 5%. Il est ncessaire de purgersoigneusement les circuits de gaz avant de procder lallumage des brleurs.

    OFPPT/DRIF 74

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    OFPPT/DRIF 75

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    IV 1 PRINCIPES DALIMENTATION EN EAU DE LA CHAUDIRE

    Afin de compenser la diminution du volume deau contenue dans la chaudire due la production de la vapeur, le remplissage de la chaudire doit se faire dune faonautomatique.

    Le dcret du 2 avril 1926 prcise dans ses articles 14 et 15 :

    ARTICLE 14

    Toute paroi en contact par une de ses faces avec la flamme ou les gaz decombustion (fumes) doit tre baigne par leau sur sa face oppose.

    Le niveau doit tre maintenu en toute circonstance 6 cm au moins au-dessus duplan pour lequel la condition prcdente cesserait dtre remplie.

    ARTICLE 15

    Chaque chaudire est munie de 2 appareils indicateurs indpendants lun delautre.

    OFPPT/DRIF 76

    IV ALIMENTATION EN EAU DE LA CHAUDIRE

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    ALIMENTATION AUTOMATIQUE DUNE CHAUDIRE

    Chaque conduite dalimentation dune chaudire doit tre munie dun appareil deretenue ou clapet, fonctionnant automatiquement, plac aussi prs que possible dupoint dinsertion de la conduite sur la chaudire.

    SCHEMA DE PRINCIPE DALIMENTATION EN EAU

    OFPPT/DRIF 77

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    IV 2 CONTRLE DE NIVEAU

    Le maintien dun niveau normal en chaudire doit tre la proccupation premire duconducteur. La scurit du matriel et du personnel en dpend en grande partie. Il nedoit pas y avoir de doute sur le niveau, quel que soit le moyen de contrle.

    Le dpassement des niveaux limites de leau dans une chaudire, peut avoir de trsgraves consquences, surtout lorsque ce dpassement concerne la limite infrieure deniveau. Le niveau doit se maintenir dans les limites niveau haut niveau bas.

    En gnral, il est maintenu lgrement au-dessus du plan diamtral du ballon, pourles chaudires ballon.

    Dans les montures glace, le niveau doit apparatre lgrement mobile, se mfierdun niveau parfaitement stable : ce pourrait tre lindice que lune descommunications de la monture avec la chaudire est obstrue.

    Dans les deux cas, le niveau peut varier brusquement sans quil y ait anomalie :

    appel brusque de vapeur : le niveau monte (gonflement) arrt brusque de lappel de vapeur : le niveau descend (tassement)

    Dans les deux cas, le niveau normal se rtablit assez rapidement.

    OFPPT/DRIF 78

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    PRINCIPES DE MESURE POUR LE NIVEAU

    OFPPT/DRIF 79

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    IV 3 TRAITEMENT DES EAUX DALIMENTATION

    Leau alimentaire et leau de la chaudire jouent un rle dterminant pour le bonfonctionnement et la longvit de tout gnrateur vapeur.

    Un traitement deau rigoureux est une exigence de base pour une exploitation sansrisque.

    Il faudra procder aux diffrents traitements des eaux suivants :

    - dcarbonatation,- adoucissement,- dgazage.

    En plus des risques classiques dentartrage et de corrosion, il faut limiter le primage(entranement de fines particules deau dans la chaudire par la vapeur).

    Il faut donc conditionner leau . Pour de plus amples informations, se rfrer aumodule traitement des eaux .

    PURGE DES INSTALLATIONS

    Une grande partie des produits ncessaires la prparation de leau nest pasentrane par la vapeur et reste dans la chaudire.

    Afin de limiter la concentration de ces produits dans le gnrateur, on doit effectuerdes purges ponctuelles ou continues.

    CALCUL DES PURGES

    Le pourcentage des purges en chaudires est dfinie :

    - par le taux de concentration admissible (voir fournisseur)- par la minralisation de leau dalimentation.

    DGAZAGE DE LEAU DALIMENTATION DES CHAUDIRES

    Les chaudires vapeur consomment une grande quantit deau.

    De mme, une partie des condensats peut soxygner dans les rseaux dercupration.

    OFPPT/DRIF 80

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    Afin dliminer au maximum lair contenu dans leau dappoint des chaudires, ontraite celle-ci dans un dgazeur thermique.

    Cet appareil se compose dun cylindre dans lequel un injecteur vapeur cre unvide partiel.

    Leau qui provient de la bche roule en cascade la partie suprieure de lappareilo elle subit un dgazage partiel, puis elle tombe sur un faisceau tubulaire chauff parde la vapeur prleve sur la chaudire. Ce dernier dispositif permet daugmenter ledgazage de leau.

    OFPPT/DRIF 81

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    SCHMA DE DCARBONATATION, ADOUCISSEMENT, DEGAZAGE

    OFPPT/DRIF 82

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    DCONCENTRATION CONTINUE

    OFPPT/DRIF 83

  • Rsum de Thorie et Guidede travaux pratiques Chaudires vapeur

    OFPPT/DRIF 84

    Module :CHAUDIERES A VAPEUR

    GUIDE DES TRAVAUX PRATIQUES

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    I. TP 1 :

    I. 1. Objectif(s) vis(s) :

    Simulateur chaudire avec contrle et gnration de pannes.

    I. 2. Dure du TP :

    12 heures

    I. 3. Matriel (quipement et matire duvre) par quipe :

    a) Equipement :- Corps de chaudire en acrylique transparent

    - Tableau lectrique de commande- Brleur mixte gasoil/gaz

    - Rservoir, pompe et quipemen