Chaudière à tubes d'eau : appareil, principe de fonctionnement en énergie industrielle

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Les équipements de chauffage de l'eau des chaudières sont largement utilisés dans l'industrie, où les performances élevées des groupes électrogènes sont appréciées. Ces unités sont principalement utilisées pour des opérations technologiques - par exemple, pour générer de la vapeur en évaporant de l'eau. Mais la possibilité d'un fonctionnement domestique n'est pas exclue, s'il est nécessaire d'organiser l'approvisionnement en eau chaude pour plusieurs gros consommateurs. Parmi les conceptions de générateurs de vapeur les plus optimisées, on peut noter la conception en tube d'eau. Une chaudière de ce type n'est pas inférieure à de nombreux analogues en termes de rendement par unité de temps, mais sa conception entraîne de nombreuses restrictions de fonctionnement dans des conditions exiguës.

Périphérique unitaire

La conception la plus courante avec deux tambours (collecteurs) à la base. Ce sont des réservoirs métalliques qui sont reliés entre eux par des tuyaux de différentsdiamètres. Un composant obligatoire est également une chambre de combustion ou un four qui génère de l'énergie thermique. D'autres éléments de conception incluent:

• Tuyau d'alimentation en carburant (généralement liquide).
• Communication de circulation pour l'eau.
• Entrées et sorties d'eau.
• Sortie pour l'évacuation de l'eau.
• Cloisons (s'il s'agit d'un système de chaudière fermé dans un boîtier de protection).
• Cheminée.
• Séparateur de vapeur.

La plupart des éléments structurels de la chaudière à tubes d'eau sont en alliage d'acier résistant à la chaleur. Il existe également des modèles en fonte, mais ils peuvent être utilisés si les conditions de fonctionnement permettent l'installation d'unités lourdes. Les éléments tubulaires et de ferrure peuvent également être partiellement fabriqués à base de céramique résistante au feu, ce qui est plus pratique que le métal. La fenêtre du foyer et un certain nombre d'autres zones d'observation possibles sont en verre trempé résistant à la chaleur.

Éléments structurels auxiliaires

En option, la chaudière peut inclure des dispositifs supplémentaires qui étendent les capacités et la facilité d'utilisation de l'équipement. Parmi eux, on peut noter les appareils suivants:

• Surchauffeur. Conçu pour augmenter la température de la vapeur à 100 °C et plus. En soi, la conception des unités à tubes d'eau ne vise pas à amener le régime thermique de la vapeur à certaines valeurs. En règle générale, le point de travail cible est précisément l'effet de l'évaporation. D'autre part, la convectionles surchauffeurs, selon le modèle, sont capables de porter la température du mélange de sortie jusqu'à 500 °C, ce qui peut être nécessaire dans certaines opérations technologiques en production.
• Déshumidificateur. Egalement une préparation à la vapeur qui l'assèche en éliminant l'excès d'humidité.
• Accumulateur de vapeur. Si la chaudière à tubes d'eau ne peut pas faire face aux charges ou, au contraire, remplit la chambre à vapeur dans des volumes minimes, cet appareil aidera à équilibrer le mode de fonctionnement. L'accumulateur prend ou pompe les flux de vapeur dans le système si nécessaire.
• Dispositif pour le traitement de l'eau. L'eau, en tant que source de production, a également besoin d'un traitement approprié. Par exemple, un système de filtre spécial réduit le volume d'oxygène dissous, élimine les sels et les produits chimiques indésirables.
• Aujourd'hui, il est de moins en moins courant de se passer de commandes automatiques, mais elles sont également fournies en standard avec des équipements. Vous ne pouvez acheter qu'un ensemble étendu d'instruments qui vous permettront de surveiller de manière exhaustive les paramètres de pression, de température, d'humidité, etc.

Principe de fonctionnement

Dans la position initiale, deux tambours sont remplis d'eau - un complètement (eau) et le second (vapeur) à moitié. Dans le deuxième collecteur, une membrane de séparation est prévue à l'intérieur, séparant l'eau de la vapeur. Cette limite est appelée miroir d'évaporation. Le processus de travail commence à partir du moment où le foyer est allumé, qui est relié à un échangeur de chaleur sous la forme d'un système tubulaire avec circulation d'eau. L'eau chaude entre dans le premier tambour,maintenir un volume suffisant.

Dans le même temps, le processus d'évaporation du liquide commence dans le collecteur de vapeur de la chaudière à tubes d'eau. Le principe de fonctionnement de l'unité est basé sur l'échange de chaleur par convection, qui peut être réalisé en mode naturel non-stop. L'eau froide du système d'alimentation en eau central passe le niveau de filtration de base, puis entre dans le système d'échange de chaleur et est dirigée vers le tambour chauffant. De plus, en fonction du taux d'évaporation, le liquide reconstitue progressivement le niveau de remplissage du collecteur de vapeur. La vapeur, à son tour, est soit libérée par la cheminée, soit pénètre dans la zone de traitement pour une utilisation ultérieure.

Différences par rapport à la chaudière à tubes de fumée

La différence entre ces unités réside dans la configuration de l'emplacement de la chambre de combustion ou, en principe, de la source d'énergie thermique par rapport à l'échangeur de chaleur et au réservoir d'eau. Premièrement, la production de vapeur n'est pas du tout nécessaire. La chaudière à tubes de fumée fonctionne principalement pour le chauffage à l'eau, assurant la fonction du système ECS. Deuxièmement, dans de telles chaudières, le four est situé au centre de la structure et les conteneurs avec circuits de circulation d'eau sont de nature appliquée. Ils sont en contact avec l'échangeur de chaleur sur la surface extérieure de la structure.

Mais ce n'est pas la seule différence entre les chaudières à tubes de fumée et à tubes d'eau. La différence passe également par les moyens de régulation du processus d'échange de chaleur. La conception de l'unité à tubes d'eau prévoit un économiseur, grâce auquel l'eau initialement froide est préchauffée. En conséquence, en outreles réactions de transfert de chaleur sont plus intenses et consomment moins d'énergie. D'autre part, les avantages des équipements à tubes de fumée incluent la simplicité structurelle et un minimum de mesures d'entretien pendant le fonctionnement.

Différences par rapport aux équipements de canalisation de gaz

Dans les unités à tubes d'eau, le traducteur direct de l'énergie thermique est l'eau chaude, qui remplit les tuyaux de circulation de l'échangeur de chaleur. Il s'avère un générateur efficace et sûr qui contribue à la production de vapeur. Comme pour les chaudières à tubes de gaz, la conception technique, même extérieurement, peut correspondre en partie à des structures à tubes d'eau. La seule différence est que le vecteur d'énergie thermique sera les gaz d'échappement dans la chambre de combustion. Comment cela affecte-t-il le processus opérationnel ? Si le principe de fonctionnement d'une chaudière à tubes d'eau permet la consommation complète des déchets sans résidus jusqu'au moment de l'évaporation et de l'utilisation ultérieure de la vapeur, alors une chaudière à tubes à gaz devra libérer le milieu gazeux de travail déjà dans l'échangeur de chaleur système. De plus, des buses épaisses sont prévues à cet effet pour assurer la sécurité du processus.

Variétés de chaudières à tubes d'eau

La principale caractéristique de classification est l'emplacement des collecteurs. Traditionnellement, les structures sont équipées de tambours horizontaux, qui sont commodément connectés à des circuits d'alimentation en eau en circulation. Deux collecteurs sont installés sur la plate-forme en parallèle et une chambre de combustion avec des canaux de sortie peut être placée entre eux. Si dans le local techniqueil n'y a pas assez d'espace, alors des chaudières à tubes d'eau verticales sur un substrat de communication spécial sont utilisées. Les tambours cylindriques se précipitent vers le haut et un fluide de travail à différentes températures est fourni par le bas. La vapeur de processus est sortie en haut.

Chaudière à tube d'eau pour navire

La conception de ces unités est parfaitement adaptée à une utilisation dans le cadre du transport maritime. Mais même dans ce cas, des modifications spéciales des chaudières sont utilisées - rayonnement. Leur particularité est l'utilisation de l'énergie thermique radiative, qui est également libérée lors de la combustion du carburant (généralement du diesel). Une condition structurelle obligatoire est l'emplacement supérieur des buses du four. Une autre caractéristique de la conception d'une chaudière à tubes d'eau pour navires est la combinaison avec des centrales à turbine à vapeur qui fournissent un chauffage intermédiaire de la vapeur.

Maintenance des équipements

L'infrastructure de communication avec des éléments de tuyauterie est assez compliquée pour les unités à tubes d'eau, ce qui conduit à une longue liste de mesures techniques pour le diagnostic et la réparation. Le personnel de maintenance doit vérifier périodiquement l'étanchéité des tuyaux, effectuer la détection des défauts des unités fonctionnelles et des contrôles automatiques, et également maintenir la fiabilité des connexions avec les fixations. Une attention particulière est portée à la tuyauterie de l'échangeur de chaleur et des collecteurs - la moindre chute de pression peut endommager la structure, ce qui créera des conditions de dépressurisation du circuit.

Prosdessins

L'avantage le plus important de ces chaudières dans la famille générale des unités à vapeur est la sécurité. En maintenant un équilibre de température optimal, vous pouvez compter sur un fonctionnement à long terme de l'équipement sans accidents ni dommages aux pièces de travail. De larges capacités de régulation du chat de conduite d'eau sont également notées, ce qui est confirmé par l'intégration de l'économiseur avec des vannes d'arrêt automatiques. Les appareils fonctionnent sans la participation de l'opérateur, sur la base des données des algorithmes de thermostat installés. Cela permet de programmer le système pour plusieurs jours à l'avance.

Inconvénients du design

Le principe de fonctionnement de ces chaudières est axé sur la haute performance, quelles que soient les conditions d'utilisation. Depuis peu, cette nuance joue un rôle de plus en plus important dans un contexte d'optimisation et de rationalisation des capacités de production. Le corps massif et les échangeurs de communication multi-niveaux des chaudières à vapeur à tubes d'eau obligent à rechercher des solutions alternatives aux problèmes de génération de vapeur. Cependant, le concept de minimiser le dispositif de cette chaudière n'est pas exclu. Mais dans ce cas, un rendement élevé sera perdu, sans parler des possibilités de travailler en mode cogénération avec fourniture parallèle du fonctionnement ECS. En d'autres termes, l'équipement est parfaitement adapté aux grandes industries qui ont besoin de gros volumes de vapeur de procédé, mais n'est guère utile pour fournir des consommateurs à faible demande d'énergie ciblée.

Conclusion

La différence fondamentale entre le concept lui-mêmeles chaudières à tubes d'eau appartiennent à la classe des équipements à passage unique. De telles installations présentent un avantage significatif par rapport aux systèmes autonomes, qui réside dans la possibilité d'un processus de génération continue. Même dans des conditions de fonctionnement de pointe, les chaudières à tubes d'eau sont capables de fonctionner longtemps en conservant la même qualité de production de vapeur. Une autre chose est que les exigences de sécurité excluent encore de longues sessions de fonctionnement à haute puissance. Quant à l'autonomie, par rapport à de telles chaudières, elle se traduit par l'élimination du besoin d'approvisionnement en énergie. Bien sûr, les vannes d'arrêt auront besoin d'au moins une alimentation par batterie, mais le processus de circulation de l'eau et d'évaporation ultérieure est tout à fait gérable sans électricité.