Novelty Steel fournit des Chaudières à Tubes de Fumée et des Chaudières à Vapeur à Tubes d’Eau pour les Usines Industrielles, les Projets de Chauffage et les Installations de Production.
Il existe deux principaux types de chaudières à vapeur : les chaudières à tubes de fumée et les chaudières à tubes d’eau.
La différence majeure entre les deux réside dans l’agencement du feu (gaz de combustion) et de l’eau à l’intérieur des tubes de la chaudière.
Table des matières
1. Chaudières à Tubes de Fumée
Dans les chaudières à tubes de fumée, les gaz de combustion sont contenus dans les tubes, tandis que l’eau entoure les tubes. Les chaudières à tubes de fumée sont un modèle de chaudière dominant depuis plus d’un siècle, maintenant une part majoritaire dans la capacité de production de vapeur à haute pression dans la gamme de tailles normale. Cependant, toutes les chaudières à tubes de fumée ne partagent pas les mêmes caractéristiques de conception. Historiquement, les fabricants proposaient couramment des chaudières à tubes de fumée de type marin écossais, dotées d’une conception multipasse horizontale avec un grand foyer. Ces chaudières variaient selon le nombre de passes (2, 3 ou 4 passes) et la construction du renversement des gaz du foyer.
Chaudières à Tubes de Fumée
1.1 Chaudières à Tubes de Fumée de Type Marin Écossais (Scotch Marine)
- Conception : Enveloppe cylindrique avec un foyer pour la combustion et plusieurs tubes pour l’extraction de la chaleur.
- Chambres de Renversement : Utilisées pour inverser les gaz de combustion du foyer vers les tubes, générant de multiples passes.
- Renversement « Wetback » et « Dryback » : Les chaudières « Wetback » (fond humide) ont une chambre refroidie par eau pour le renversement des gaz du foyer, tandis que les chaudières « Dryback » (fond sec) ont une chambre réfractaire séparée fixée à l’arrière de la cuve.
- Choc Thermique : Les chaudières à tubes de fumée multi-passes peuvent subir un « Choc Thermique », causé par les taux de dilatation et de contraction différentiels du foyer, des tubes et de l’enveloppe pendant le chauffage. Des cycles de préchauffage plus lents sont effectués pour minimiser les différences de température et prévenir les contraintes élevées et la rupture par fatigue.
- Applications d’Eau Chaude : Les chaudières à tubes de fumée multi-passes ne sont généralement pas utilisées pour les applications d’eau chaude en raison du problème de choc thermique causé par des changements soudains de température de l’eau.
1.2 Avantages des Chaudières à Tubes de Fumée
- Surface de Chauffe Élevée : Généralement construites avec beaucoup de surface de chauffe, ce qui conduit à une meilleure efficacité en régime permanent et à une résistance à l’encrassement.
- Grande Chambre de Vapeur : L’enveloppe de grand diamètre contient de l’eau et de la vapeur, offrant une grande chambre de vapeur et une zone de dégagement pour une bonne qualité de vapeur sans séparation mécanique.
- Flexibilité de Combustible : Le foyer peut être rendu suffisamment grand pour supporter divers combustibles et exigences d’émissions.
- Accumulation de Sédiments : Le grand espace dans l’enveloppe permet une accumulation assez importante de sédiments sans endommager la cuve, la rendant plus tolérante en termes de traitement de l’eau et d’entretien du purgeur.
- Gestion du Niveau d’Eau : La grande teneur en eau facilite la gestion du niveau d’eau, nécessitant souvent juste un contrôle marche-arrêt ou un simple contrôle de niveau modulant.
- Haute Teneur en Énergie : La chaudière a une grande teneur en énergie, lui permettant de générer un débit de vapeur plus élevé sur de courtes périodes avec des variations minimales de pression de vapeur.
- Perte de Chaleur Réduite : La majeure partie de la chaudière a de l’eau ou de la vapeur du côté intérieur de l’enveloppe, réduisant la perte de chaleur de l’enveloppe.
1.3 Inconvénients des Chaudières à Tubes de Fumée
- Cycle de Préchauffage Lent : Nécessite un cycle de préchauffage lent qui peut prendre plusieurs heures, sujet au choc thermique. Un préchauffage inapproprié peut entraîner des défaillances au fil du temps, surtout dans les grandes chaudières.
- Exigence de Chaudière de Secours : Le cycle de préchauffage plus long nécessite souvent de maintenir les chaudières de secours chaudes pour une réponse plus rapide, ajoutant coût et complexité à l’exploitation de l’usine.
- Limitations de Pression : La pression de vapeur est limitée par l’enveloppe de grand diamètre, généralement autour de 300 PSI.
- Besoin en Énergie Élevé : La grande teneur en vapeur et en eau signifie que plus d’énergie est nécessaire pour mettre l’unité en service. Si la chaudière fonctionne peu fréquemment, l’énergie de démarrage peut être perdue pendant les périodes d’arrêt, se reflétant dans une efficacité dynamique plus faible.
2. Chaudières à Tubes d’Eau
Dans les chaudières à tubes d’eau, l’eau est à l’intérieur des tubes et les gaz de combustion circulent autour de l’extérieur des tubes.
Les chaudières à tubes d’eau présentent un large éventail de variations de conception en raison de la facilité de fabrication de tubes de petit diamètre sous différentes formes. Ces variations répondent à des objectifs spécifiques tels que les combustibles solides, un encombrement réduit, le montage sur camion, des coûts inférieurs, la résistance aux chocs thermiques et un démarrage rapide. La catégorie des « Chaudières à Tubes d’Eau Industrielles » comprend des unités avec des capacités élevées, des capacités de haute pression et la capacité de fournir de la surchauffe. Alors que les chaudières à tubes d’eau industrielles conditionnées atteignent généralement environ 300 000 PPH, les chaudières plus grandes peuvent ne pas être expédiées comme unités complètes.
Chaudières à Tubes d’Eau :
2.1 Caractéristiques des Chaudières à Tubes d’Eau
- Configuration Vapeur et Eau : Les chaudières à tubes d’eau ont de la vapeur et de l’eau à l’intérieur des tubes, ce qui se traduit par une teneur en eau inférieure à celle des chaudières à tubes de fumée.
- Tambours et Tubes Multiples : Composées de plusieurs tambours (ballon de vapeur et collecteurs inférieurs) et de nombreux tubes, fournissant un foyer et une section de convection.
- Chaudières à Tubes Coudés : Caractérisées par des passes de gaz multiples créées par le coude des tubes sans fixation entre eux, offrant une résistance au choc thermique.
- Étanchéité des Fumées : Réalisée au moyen d’un carter rigide, de parois à membranes ou d’une combinaison, avec du réfractaire et de l’isolation protégeant les tambours et les raccords de tubes.
- Types Spéciaux :
- Chaudières à Tubes Coudés : Identifiées par des tubes profilés créant plusieurs passes, disponibles dans des capacités plus petites et à moindre coût.
- Chaudière à Serpentin (Coil Tube) : Utilise un serpentin à tube unique (ou quelques serpentins) pour un démarrage rapide sans choc thermique, avec une chambre séparée pour la séparation de la vapeur. A une faible teneur en eau, une petite taille et un temps de démarrage court.
Les chaudières à tubes d’eau, avec leurs conceptions et configurations diverses, offrent une flexibilité pour répondre aux exigences d’application spécifiques. Qu’elles soient à tubes coudés ou à serpentins, ces chaudières offrent des avantages en termes d’efficacité, de capacité et de temps de démarrage.
2.2 Avantages des Chaudières à Tubes d’Eau
- Capacités et Pressions Plus Élevées : Les chaudières à tubes d’eau excellent dans les capacités plus élevées, les pressions de vapeur et la vapeur surchauffée.
- Foyer Plus Grand : Le foyer d’une chaudière à tubes d’eau est généralement plus grand, ce qui facilite les opérations de combustion.
- Gestion de Pressions Plus Élevées : Les tubes et tambours de petit diamètre permettent aux chaudières à tubes d’eau de gérer efficacement des pressions plus élevées.
- Efficacité Énergétique : La capacité réduite en eau et en vapeur se traduit par des temps de préchauffage plus rapides.
- Réponse Rapide aux Changements de Charge : Avec moins d’eau et de vapeur, les chaudières à tubes d’eau répondent plus rapidement aux changements de charge afin qu’elles puissent refléter rapidement les variations de pression de vapeur.
- Libération d’Énergie Réduite en Cas de Défaillance de la Cuve : La plus petite quantité d’eau et de vapeur signifie moins d’énergie à libérer en cas de défaillance de la cuve.
2.3 Inconvénients des Chaudières à Tubes d’Eau
- Sensibilité à l’Entartrage : Les tubes de petit diamètre sont sujets à l’entartrage, nécessitant une bonne qualité d’eau d’alimentation et des pratiques de purge appropriées pour prévenir l’accumulation de tartre.
- Surface de Chauffe Plus Petite : Les chaudières à tubes d’eau peuvent avoir une surface de chauffe plus petite, ce qui conduit à des températures de fumées de sortie plus élevées et à une efficacité en régime permanent plus faible. Des économiseurs sont souvent utilisés pour améliorer l’efficacité.
- Cycle de Préchauffage Long : De nombreuses chaudières à tubes d’eau industrielles nécessitent un long cycle de préchauffage pour obtenir un chauffage uniforme, ce qui peut prendre plusieurs heures.
- Défis de Maintien du Niveau d’Eau : Le maintien des niveaux d’eau peut être difficile, surtout avec des changements importants dans le taux de combustion et les débits de vapeur.
- Impact des Variations de Charge : La petite quantité d’eau et de vapeur entraîne des changements de pression de vapeur plus importants pendant les variations de charge.
- Défis de Qualité de la Vapeur : Le tambour de vapeur relativement petit peut nécessiter un équipement mécanique pour atteindre une bonne qualité de vapeur à des pressions plus basses.
3.2. Chaudières à Tubes d’Eau
Les Chaudières à Tubes Coudés se caractérisent par leur capacité plus petite et n’offrent pas de hautes pressions ou de surchauffe. Elles comportent des tubes tangents formant un espace foyer et des passes de gaz supplémentaires grâce à la forme coudée des tubes. Les Chaudières à Tubes Coudés se caractérisent par leur capacité plus petite et n’offrent pas de hautes pressions ou de surchauffe. Elles comportent des tubes tangents formant un espace foyer et des passes de gaz supplémentaires grâce à la forme coudée des tubes.
3.1 Advantages of the Bent Tube Boilers
- Conception Compacte : Les Chaudières à Tubes Coudés peuvent être très compactes, passant souvent par les portes dans les tailles plus petites.
- Tubes Flexibles : Les tubes sont flexibles, évitant le choc thermique. La plupart des unités peuvent être démarrées et atteindre leur pleine puissance immédiatement.
- Faible Teneur en Eau et en Vapeur : La quantité limitée d’eau et de vapeur dans la cuve permet une réponse rapide aux changements de charge.
- Préchauffage Rapide : La petite quantité d’eau dans la cuve entraîne un temps de préchauffage court. Elles nécessitent moins d’énergie pour mettre la chaudière en service.
- Flexibilité d’Assemblage : Les unités avec des raccords à bague peuvent être assemblées sur le site sans avoir besoin d’un soudeur certifié. Elles sont idéales pour les endroits avec un accès difficile à la chaufferie.
3.2 Inconvénients des Chaudières à Tubes Coudés
- Isolation et Condensation : Les tubes entourés d’isolation peuvent absorber la condensation lors des démarrages à froid. Cela peut provoquer de la corrosion.
- Surface de Chauffe Limitée : Les Chaudières à Tubes Coudés ont généralement une surface de chauffe plus petite et une efficacité en régime permanent plus faible.
- Problèmes de Qualité de la Vapeur : La petite taille du tambour peut soulever des problèmes de qualité de la vapeur, surtout à des pressions plus basses.
- Contrôle du Niveau d’Eau : Le contrôle du niveau d’eau est plus difficile en raison de la faible teneur en eau.
- Impact des Variations de Charge : Les variations de charge peuvent entraîner des variations de pression de vapeur plus importantes en raison de la moins grande énergie interne pour absorber le changement.
4. Comparaison des Chaudières à Tubes de Fumée et à Tubes d’Eau
- Conception et fonctionnement :
- Chaudières à Tubes de Fumée :
- Conception : Les gaz de combustion chauds traversent de petits tubes à l’intérieur d’un tambour cylindrique pressurisé entouré d’eau.
- Fonctionnement : L’énergie thermique est transférée à l’eau, la chauffant jusqu’à la production de vapeur.
- Chaudières à Tubes d’Eau :
- Conception : L’eau circule à l’intérieur des tubes de la chaudière, qui sont entourés de gaz chauds.
- Fonctionnement : Les gaz chauds entourent les tubes, chauffant l’eau à l’intérieur.
- Pression et Débit de Vapeur :
- Chaudières à Tubes de Fumée :
- Pressions de fonctionnement plus basses.
- Débit de vapeur plus faible.
- Chaudières à Tubes d’Eau :
- Peuvent fonctionner à des pressions beaucoup plus élevées.
- Débit de vapeur plus élevé ; peuvent produire de la vapeur saturée ou surchauffée.
- Configuration et Contrôle du Brûleur :
- Chaudières à Tubes de Fumée :
- Généralement alimentées par un seul brûleur.
- Options de contrôle limitées.
- Chaudières à Tubes d’Eau :
- Souvent alimentées par plusieurs brûleurs, permettant des arrêts contrôlés individuels pour la maintenance.
- Contrôleur logique programmable (PLC) personnalisé pour la gestion de la chaudière et la modulation du brûleur.
- Réactivité et Efficacité :
- Chaudières à Tubes de Fumée :
- Réponse plus lente aux fluctuations de pression de vapeur en raison du grand volume d’eau.
- Efficacité de transfert de chaleur plus faible.
- Chaudières à Tubes d’Eau :
- Exceptionnellement réactives, produisant de la vapeur beaucoup plus rapidement.
- Haute efficacité, fonctionnant à une pression plus élevée.
- Compatibilité des Combustibles et Considérations Environnementales
- Chaudières à Tubes de Fumée :
- Capacité limitée pour les combustibles à haute teneur en cendres.
- Les considérations environnementales peuvent être un défi.
- Chaudières à Tubes d’Eau :
- Conçues pour fonctionner avec des combustibles à haute teneur en cendres, adaptées aux applications de biomasse et aux centrales de valorisation énergétique des déchets.
- Capables de respecter les réglementations environnementales.
- Coût et Construction :
- Chaudières à Tubes de Fumée :
- Coût d’investissement initial plus faible.
- Généralement construites en usine.
- Chaudières à Tubes d’Eau :
- Coût d’investissement initial plus élevé.
- Souvent construites sur site, ce qui peut ajouter aux coûts et au délai.
Les chaudières à tubes de fumée ont une plus grande teneur en eau et en vapeur pour une capacité donnée par rapport aux chaudières à tubes d’eau. Le grand réservoir d’eau et de vapeur dans les chaudières à tubes de fumée contribue à une pression de vapeur et des niveaux d’eau plus stables pendant les charges fluctuantes. En raison de la grande teneur en eau et en vapeur, les chaudières à tubes de fumée nécessitent plus d’énergie pour chauffer jusqu’à la température et à la pression de fonctionnement.
» Veuillez également consulter notre article détaillé sur la fabrication des chaudières et notre guide sur la façon de choisir la chaudière adaptée.
» Novelty Steel fournit différents types de chaudières et de récipients sous pression depuis ses usines de fabrication en Turquie.
