À quelles fins une chaudière à vapeur est-elle nécessaire : schéma et fonctionnement

La chaudière à vapeur est une invention ancienne, mais elle est toujours utilisée dans l’industrie.Par exemple, dans les centrales électriques, où l'unité de production de vapeur est l'un des principaux éléments de production d'électricité. Des chaudières à vapeur sont également installées dans toutes les chaufferies des usines et des usines. Aujourd’hui, elles sont rarement utilisées dans la vie quotidienne, car elles ont été remplacées par des chaudières à eau plus sûres et plus économes en énergie.

Classification des installations à vapeur

Il existe plusieurs échelles selon lesquelles la classification est effectuée. Les principales sont trois échelles.

Tuyau d'eau

Ils convertissent l'eau en vapeur plus rapidement que les conduites de gaz. Ils ont une efficacité plus élevée en raison des caractéristiques de conception de l'unité. Essentiellement, il s’agit d’un boîtier avec un grand nombre de tuyaux situés à l’intérieur. L'eau circule dans les tuyaux et le carburant brûle entre les tuyaux.

À haute température, l'eau se transforme en vapeur. Et comme il y a de nombreux tuyaux, leur surface de chauffage est d'autant plus grande. Et plus il y a de tuyaux dans la chaudière, plus la transition du liquide à l'état de vapeur est intense.

Tuyau d'eau chaudières à vapeur sont divisés en deux sous-groupes :

• tout droit;
• type de tambour.

Les premières sont des structures de type tuyau, mentionnées ci-dessus. Ces derniers sont présentés sur le marché dans deux positions – horizontale et verticale. Mais le principe de fonctionnement de ce type d’appareil est le même.

Sa conception comprend un tambour qui non seulement collecte la vapeur, mais en sépare également les condensats. Cette dernière est envoyée vers la zone de chauffage, c'est-à-dire que les pertes d'eau sont réduites.

Pour obtenir de la vapeur sèche à haute température dans l'industrie, plusieurs chaudières à tambour sont installées en série. Et cette vapeur peut être comprimée à la pression maximale, ce qui est nécessaire dans de nombreux processus technologiques.

Les chaudières de ce type sont divisées en deux positions : non volatile et à circulation. Ils diffèrent les uns des autres par l'absence ou la présence d'une pompe de circulation, respectivement. La présence de ce dernier augmente l'efficacité de l'installation. Le fait est que lors d'un tour d'eau dans la chaudière, 10 % de son volume s'évapore. Autrement dit, pour que tout le volume s'évapore, il faudra au moins 10 tours.

Avec le mouvement gravitationnel, cela prendra beaucoup de temps, ce qui entraînera une baisse d’efficacité. La pompe de circulation déplace le liquide rapidement, plus de tours seront effectués dans le même laps de temps. Cela signifie que tout le volume d’eau se transformera rapidement en vapeur.

Mais dans les chaudières à tambour, un régulateur de niveau de condensat doit être installé dans la pompe. Lieu d'installation : séparateur de vapeur. Sa tâche est de contrôler le volume de condensat formé.

Par exemple, s’il s’en forme peu, les caractéristiques techniques de l’installation à vapeur sont réduites. S'il s'en forme en grande quantité, cela entraîne une chute de pression à l'intérieur de l'unité. Les conséquences sont une ébullition rapide et une explosion.

Le séparateur de vapeur est un tuyau de grande section ressemblant à un tambour. D'où le nom de la chaudière. Ce tuyau récupère l'eau saturée de vapeur. En fait, deux processus (chauffage du liquide et vaporisation) se déroulent séparément l’un de l’autre. D'où la grande sécurité de fonctionnement de ce type d'équipement.

Modification du tube à eau

Conduite de gaz

Structurellement, il s'agit d'une chaudière à l'intérieur de laquelle des tuyaux de grand diamètre sont situés autour du foyer.Les gaz chauds s'y déplacent et l'eau circule entre eux. C'est-à-dire que c'est le contraire des analogues de tubes à eau. Les usines à tubes de gaz produisent de la vapeur à haute température, qui est plus souvent utilisée dans les processus de recyclage.

Une chaudière à vapeur à tubes de gaz présente un inconvénient important : la pression élevée du produit final. Ce dernier se retrouve en grande quantité dans l'unité. C'est ce qui entraîne une diminution de la sécurité de l'installation. Par conséquent, les chaudières sont équipées d'un système de sécurité coûteux et complexe. De plus, le corps et les tuyaux sont en acier épais, ce qui augmente le coût de l'équipement.

Un représentant frappant du type à tube à gaz est la chaudière de locomotive.

Construction d'une chaudière de locomotive horizontale

Les deux installations (tube à eau et tube à gaz) peuvent produire différents types de vapeur :

• saturé;
• eau surchauffée.

Le premier est un milieu qui se forme à une température de +100°C. Il se refroidit rapidement avec formation de condensat qui rentre dans la zone de chauffage. De telles installations sont utilisées pour le chauffage domestique. La pression dans une chaudière à vapeur de ce type ne dépasse pas 100 kPa.

Le second est un milieu obtenu à une température de +500°C. Par conséquent, aucune suspension ni goutte d’eau ne s’y forme jamais. Avec un chauffage progressif, de l'eau peut se former, mais à cet effet un séparateur est installé dans la conception de l'installation.

Le progrès scientifique et technologique ne s’arrête pas. Aujourd'hui, les fabricants proposent des installations à tubes d'eau qui ne diffèrent pas des installations à gaz en termes d'efficacité et de sécurité. Premièrement, ils sont gainés d'un matériau d'isolation thermique. Deuxièmement, l’intérieur est recouvert d’un matériau infrarouge qui agit comme un réflecteur d’énergie thermique.

Et comme les appareils à tube d'eau sont plusieurs fois moins chers que les appareils à tambour et que leur fonctionnement est simple, leur popularité et leur demande ont aujourd'hui fortement augmenté.

L'efficacité augmente également grâce aux alliages d'acier les plus récents à partir desquels les pièces de l'appareil sont fabriquées. Une nouvelle technologie de chauffage a également été introduite, qui utilise deux torches situées l'une en face de l'autre. Cette technologie est appelée « torches venant en sens inverse ».

Avec leur aide, la température de chauffage atteint 1800-1900°C. Habituellement, elle ne dépasse pas 1200°C. En conséquence, le rendement de telles installations est d'au moins 90 %.

Chaudières domestiques

Ces unités suscitent aujourd’hui un grand intérêt. Mais aussi exigences pour eux considérable:

• compacité;
• léger pour ne pas couler de fondation en dessous ;
• facteur de sécurité élevé;
• possibilité de maintenance par du personnel non qualifié ;
• temps minimum de démarrage et de chauffage.

Aujourd'hui, les fabricants proposent deux types d'installations domestiques : le serpentin, également appelé classique, l'enveloppe vortex.

Le premier est un tuyau enroulé en spirale. L'eau s'y déplace et se transforme en vapeur. La capacité de vapeur de l'équipement est faible. Mais dans ce cas, cela ne joue pas le rôle le plus important, car une chaudière domestique doit produire de la vapeur à faible potentiel.

L'efficacité de fonctionnement est également faible, mais cela peut être corrigé par un agencement fréquent de spirales. Mais une telle chaudière détient un record de temps de chauffage - 3 minutes après avoir allumé la torche.

La seconde est une conception de chaudière à vapeur tout à fait unique. Un corps composé de deux coquilles entre lesquelles passe de l’eau. Il y a une chambre de combustion à l'intérieur et lors de la combustion, la torche se tord en spirale, augmentant le transfert de chaleur. Pas de tuyaux.

Autres bénéfices:

• disposition verticale, d'où compacité accrue ;
• l'efficacité, comme les tambours ;
• temps de chauffage – 5 minutes.

Trois inconvénients :

• l'équipement est cher ;
• la conception est complexe ;
• dépendance totale à l'énergie - le ventilateur, sans lequel l'unité ne fonctionne pas, nécessite une alimentation électrique.

Chaudière à vapeur à serpentin

Application technologique des centrales à vapeur avec chaudières

Il existe plusieurs industries dans lesquelles les chaudières à vapeur sont constamment utilisées :

1. La première industrie est l’ingénierie thermique. La vapeur est utilisée pour chauffer de grands ateliers, par exemple dans l’industrie automobile. La vapeur chauffe l'eau à la température requise, qui est ensuite entraînée par des pompes le long des conduites de chauffage jusqu'aux bâtiments à plusieurs étages et autres objets.
2. La deuxième industrie est celle de l'énergie. Ici, la vapeur est utilisée pour faire tourner une turbine qui produit du courant électrique.
3. La troisième industrie est la production de matériaux de construction. Par exemple, les produits en béton sont séchés à la vapeur.

Dans de nombreuses industries, les chaudières à vapeur font partie intégrante de la technologie. Cela comprend la désinfection, le séchage des produits alimentaires, la transformation culinaire, la conservation, etc.

L'élimination des déchets gazeux implique également l'utilisation d'installations à vapeur. Dans ce processus, ils agissent comme des refroidisseurs. Une telle chaudière prélève l'énergie thermique des gaz sortant, par exemple, des fours à haute température.

Principes de fonctionnement et conception

Leur objectif principal est de modifier l'état physique de l'eau, c'est-à-dire de la transférer du liquide au gazeux avec les paramètres requis. Le processus se déroule comme ceci :

• la chaudière est remplie d'eau par gravité ou à l'aide d'une pompe ;
• le système de chauffage s'allume ;
• la formation de vapeur commence ;
• le niveau de liquide diminue progressivement pour atteindre le niveau minimum ;
• le capteur de niveau réagit et allume la pompe ;
• l'eau remplit les tuyaux.

On peut dire que les chaudières à vapeur fonctionnent selon un principe cyclique.

Structure

Les chaudières à vapeur se composent d'unités et de pièces principales et auxiliaires, ainsi que d'automatisation.

La principale exigence pour les produits en acier est d'être constitués d'alliages résistants à la chaleur. C'est le seul moyen d'atteindre le niveau maximum de fonctionnement sûr des équipements de chaudière.

Schéma d'une chaudière à vapeur

Le système de sécurité joue un rôle important. Il ne s’agit pas uniquement de capteurs de température et de pression. Le système comprend une sécurité mécanique. Il comprend des clapets anti-retour, des vannes électriques et d'autres vannes d'arrêt. Cette double protection assure une sécurité maximale, notamment en cas de panne de l'électronique. A cette époque, les mécaniciens reprennent toutes les fonctions.

Il existe des exigences particulières pour le système de traitement de l’eau. L'eau doit répondre à certaines normes. Ces normes sont différentes pour les unités à flux direct et à tambour. Dans ce dernier, le liquide doit être parfaitement propre, quasiment distillé. Après tout, dans de tels appareils, cela ne disparaît nulle part. Autrement dit, remplissez la chaudière une fois et elle fonctionnera pendant de nombreuses années.

Si l'eau est dure et contient des impuretés, alors tout tuyaux après un certain temps, ils seront obstrués par des dépôts et de la rouille. Leur diamètre diminue, la conductivité thermique diminue, ce qui entraîne une diminution de l'efficacité. La vapeur ne sera pas la même que nécessaire (température, humidité).

Malgré leur conception complexe et leur faible sécurité, les chaudières à vapeur sont toujours très demandées. En particulier sur les navires, dans la technologie des centrales électriques et dans les usines où des températures élevées du liquide de refroidissement sont requises. Ainsi, les constructeurs font tout pour accroître la sécurité de fonctionnement, réduire le coût des équipements et la complexité de la maintenance.

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Comment fonctionne une chaudière à vapeur ?

Chaudière à vapeur - conception et maintenance, aperçu détaillé.

Sources d'informations:

• https://pechiexpert.ru/parovoj-kotel
• https://clubpechnikov.ru/parovoj-kotel
• https://kotle.ru/parovye-kotly/ustrojstvo-parovyh-kotlov