Types divers de boilers, economisers et superheaters

Une explication des types de boilers specialises et d’autres fonctionnalites specialisees.

Generateurs de vapeur

Dans de nombreuses applications :

La quantite de vapeur requise est trop faible pour justifier un boiler a corps, c’est-a-dire moins de 1 000 kg/h.
Le petit processus necessitant de la vapeur fonctionne uniquement pendant le poste de jour, ce qui signifie que l’installation demarrerait chaque matin et serait arretee chaque soir.
Le cout en capital d’un boiler a corps conventionnel affecterait negativement la viabilite economique du processus.
Le niveau d’expertise sur site, en ce qui concerne les boilers, n’est pas aussi eleve que celui requis sur un systeme de vapeur plus grand. Pour repondre a ces demandes specifiques, deux types de boilers ont ete developpés. Boiler a serpentin Ce sont des boilers a tubes d’eau du type ‘passe unique’, et appeles dans certaines reglementations ‘boilers sans niveau d’eau discernable’. L’alimentation en eau du boiler sera generalement de 10 a 15 % au-dessus du debit de vapeur pour :
S’assurer que toute l’eau n’est pas evaporee, garantissant ainsi que la vapeur surchauffee n’est pas produite.
Fournir un vehicule pour le TDS de l’eau d’alimentation a evacuer. Si ce vehicule n’etait pas disponible, les sels de l’eau d’alimentation se deposeraient sur l’interieur des tubes et entraveraient le transfert de chaleur, conduisant a une surchauffe et eventuellement a la rupture des tubes. Evidemment, un separateur est un composant essentiel de ce type de boiler pour eliminer cette eau contaminee. Etant du type a tubes d’eau, ils peuvent produire de la vapeur a des pressions tres elevees. Les applications typiques des generateurs de vapeur et des boilers a serpentin comprennent les blanchisseries et la fabrication de vetements, ou la demande est faible et le taux de variation de charge est lent.

Boiler a vapeur vertical sans tubes emballé

Divers modeles sont disponibles avec des puissances dans la plage de 50 a 1 000 kg/h et des pressions allant jusqu’a 10 bar g. Les hauteurs de boiler varient generalement de 1,7 m a 2,4 m pour des puissances d’environ 100 kg/h a 1 000 kg/h respectivement. Une section transversale de la conception est presentee a la Figure 3.4.2. Notez le trajet descendant de la flamme et l’action de tourbillonnement. Le trajet de chaleur est inverse au fond du boiler et les gaz chauds montent, liberant de la chaleur aux ailettes. Notez egalement la petite quantite d’eau dans le boiler. Cela permet au boiler d’atteindre la temperature de fonctionnement tres rapidement, generalement 15 minutes. Cependant, cette petite quantite d’eau signifie qu’une petite quantite d’energie est stockee dans le boiler, par consequent il ne peut pas facilement faire face aux changements de charge soudains et maintenus. Si le changement de charge se produit plus vite que le boiler ne peut repondre, alors la pression a l’interieur du boiler chutera et en fin de compte le boiler s’amorcera avec l’eau d’alimentation. Cela est aggrave par la petite surface d’eau, qui donne des vitesses de liberation de vapeur elevees. Cependant, le trajet de la vapeur est verticalement vers le haut et loin de la surface de l’eau plutot qu’horizontalement au-dessus de la surface de l’eau (comme dans un boiler a corps), et cela minimise l’effet.

Economisers

Les gaz de combustion, apres avoir traverse le boiler principal et le superheater, seront encore chauds. L’energie dans ces gaz de combustion peut etre utilisee pour ameliorer l’efficacite thermique du boiler. Pour ce faire, les gaz de combustion sont passes a travers un economiser. L’economiser est un echangeur de chaleur a travers lequel l’eau d’alimentation est pomppee. L’eau d’alimentation arrive ainsi dans le boiler a une temperature plus elevee que ce ne serait le cas si aucun economiser n’etait installe. Moins d’energie est alors necessaire pour produire la vapeur. Alternativement, si la meme quantite d’energie est fournie, alors plus de vapeur est produite. Cela se traduit par une efficacite plus elevee. En termes generaux, une augmentation de 10°C de la temperature d’eau d’alimentation donnera une amelioration d’efficacite de 2 %. Remarque : Comme leconomiser est du cote haute pression de la pompe d'alimentation, des temperatures d'eau d'alimentation superieures a 100°C sont possibles. Les controles de niveau d'eau du boiler doivent etre du type 'modulant (c’est-a-dire pas ‘tout ou rien’) pour assurer un ecoulement continu d’eau d’alimentation a travers l’echangeur de chaleur. L’echangeur de chaleur ne doit pas etre si grand que :

Les gaz de combustion sont refroidis en-dessous de leur point de rosee, car le liquide resultant peut etre acide et corrosif.
L’eau d’alimentation bout dans l’echangeur de chaleur.

Superheaters

Quel que soit le type de boiler utilise, la vapeur quittera l’eau a sa surface et passera dans l’espace vapeur. La vapeur formee au-dessus de la surface de l’eau dans un boiler a corps est toujours saturee et ne peut pas devenir surchauffee dans le corps du boiler, car elle est constamment en contact avec la surface de l’eau. Si de la vapeur surchauffee est requise, la vapeur saturee doit passer a travers un superheater. C’est simplement un echangeur de chaleur ou de la chaleur supplementaire est ajoutee a la vapeur saturee. Dans les boilers a tubes d’eau, le superheater peut etre un element supplementaire suspendu dans la zone du foyer ou les gaz chauds fourniront le degre de surchauffe requis (voir Figure 3.4.4). Dans d’autres cas, par exemple dans les schemas de cogeneration ou les gaz d’echappement de la turbine a gaz sont relativement froids, un superheater a chauffage separe peut etre necessaire pour fournir la chaleur supplementaire. Si un controle precis du degre de surchauffe est requis, comme ce serait le cas si la vapeur doit etre utilisee pour entrainer des turbines, alors un attemperateur (desurchauffeur) est installe. C’est un dispositif installe apres le superheater, qui injecte de l’eau dans la vapeur surchauffee pour reduire sa temperature.