Soutenance mémoire
Dans son acception moderne, la chaudière désigne un appareil (voire une installation industrielle, selon sa puissance) permettant de transférer en continu de l’énergie thermique à un fluide caloporteur (le plus généralement de l’eau).Les chaudières sont les plus utilisées quotidiennement dans plusieurs domaines d’applications .La chaudière est un appareil qui sert à obtenir soit de l’eau chaude ou vapeur qui peut tourner une turbine pour produire l’ électricité .Le prix d’une chaudière est très élevé dans le marché local. Des recherches ont été mises en place, pour avoir des solutions pour réduire le prix d’une chaudière .Ce pour cela qu’on a mené une étude sur la conception d’une chaudière en bouteille de gaz. La fabrication d’une chaudière nécessite le choix rigoureux des matières premières pour que le prix soit compétitif en tenant compte des paramètres environnementaux.
Chaudière
Au début de l’ère industrielle, le mot chaudière désignait un foyer et son échangeur dans de grosses installations de cuisine et de chauffage. L’énergie thermique transférée (source de chaleur) peut être soit la chaleur dégagée par la combustion (de charbon, de fioul, de gaz, de bois, de déchets, etc.), soit la chaleur contenue dans un autre fluide (chaudière de récupération sur gaz de combustion ou gaz de procédés chimiques, chaudière « nucléaire » recevant la chaleur du circuit primaire, etc.), soit encore d’autres sources de chaleur (chaudières électriques, par exemple). Les chaudières sont aussi bien des systèmes industriels que domestiques. À l’intérieur de la chaudière ce fluide caloporteur peut être soit uniquement chauffé (c’est-à-dire qu’il reste en phase liquide), soit chauffé et vaporisé, soit chauffé, vaporisé puis surchauffé (donc avec passage de phase liquide à phase gazeuse). Définition scientifique : « Système permettant d’augmenter la température d’un fluide caloporteur afin de déplacer de l’énergie thermique ».
Type
Il existe une grande variété de chaudières. On peut classifier les chaudières suivant différents critères :
Classification par gamme de puissance
Les réglementations classifient les chaudières par gammes de puissance :
• Puissance inférieure à 70 kW : chaudières individuelles ;
• Puissance supérieure à 70 kW : chaudières de type industriel.
Classification par installation (chaudières à usage domestique)
Il existe deux types d’installation de chaudières domestiques :
• Chaudières au sol : Les chaudières au sol sont en général utilisées pour des habitations disposant d’un sous-sol ou d’un garage. Elles occupent une place importante
• Chaudières murales : Les chaudières murales conviennent aux habitations de petite taille (appartements). Elles offrent une puissance moindre que les chaudières au sol.
Classification par application
• Chauffage collectif
• Applications industrielles (agro-alimentaire, chimie, papeterie, cimenterie, etc.)
• Centrales thermiques
Une chaudière à vapeur pour moteur stationnaire
Une chaudière échange de l’énergie thermique par l’intermédiaire de fluides caloporteurs qui ensuite la véhiculent jusqu’au point d’utilisation.
i. Si le fluide caloporteur utilise la chaleur massique pour déplacer cette énergie le circuit est dit monophasique. Une pompe met en mouvement cette masse fluide chauffée, c’est le circulateur. Pour les fortes puissances, sont utilisés des circuits diphasiques. Ils utilisent le cumul de la chaleur massique et de la chaleur latente de vaporisation. Ils ont une énergie spécifique plus élevée.
Les principaux fluides caloporteurs utilisés sont :
• l’eau (son traitement pour cet usage est important):
• l’eau chaude est principalement utilisée dans les systèmes de chauffage de locaux d’habitation, commerciaux ou industriels. Dans le domaine du chauffage central domestique, c’est quasiment le seul fluide utilisé,
• l’eau surchauffée est principalement utilisée dans le chauffage urbain. On peut aussi la trouver dans l’industrie. Pression et température courantes d’usage tournent autourde 20 bars à 180 °C avec retour à 90 °C.
• la vapeur d’eau :
• la vapeur saturée est principalement utilisée dans les procédés industriels. La vapeur produite par la chaudière sert alors à chauffer des fluides au travers d’échangeurs. Des machines spécifiques comme les machines à papier peuvent également avoir besoin d’une alimentation en vapeur,
• la vapeur surchauffée sert principalement à être turbinée, généralement dans le but d’entraîner un alternateur pour produire de l’électricité. Ce principe est utilisé dans les centrales thermiques. Certaines industries ont des déchets à éliminer, ces déchets utilisés comme combustibles leur permettent de produire de l’énergie électrique et tout ou partie de l’énergie thermique nécessaire à l’usine. On parle alors de cogénération ;
• des fluides thermiques, généralement des huiles, permettant d’atteindre de hautes températures sans nécessiter des pressions élevées. Ils sont utilisés comme énergie thermique par exemple dans l’industrie des panneaux de bois aggloméré. L’utilisation de fluide thermique permet également de meilleures précisions dans la régulation de température. Cependant, l’utilisation de fluide thermique génère de nombreuses contraintes d’exploitation pour les industriels, ils sont de plus en plus remplacés par de la vapeur ;
• des sels fondus. Il s’agit alors de chaudières très spéciales qui n’ont pas ou peu d’exemples d’utilisation industrielle. Le sodium dans quelques usages nucléaire.
Classification par source de chaleur
Chaudières à combustion
Chaudières à combustibles liquides ou gazeux
Les chaudières à combustibles liquides et gazeux sont par construction très proches. Dans ce type de chaudière, l’élément assurant la combustion s’appelle brûleur. Les combustibles utilisés sont principalement le gaz naturel, le gaz de pétrole liquéfié, le fioul domestique, le fioul lourd. Une chaudière à combustible liquide ou gazeux peut comporter un ou plusieurs brûleurs.
Chaudières à combustibles solides
Il existe de nombreux procédés de combustion pour les chaudières à combustibles solides. On peut séparer les foyers à combustibles solides en trois grandes familles :
• les foyers à grille ;
• les foyers à lit fluidisé ;
• les foyers à charbon pulvérisé.
Les foyers à grilles
Les grilles à gradins constituent un plan incliné mouvant sur lequel le combustible brûle en couche. La couche de combustible est insérée en haut de la grille, souvent à l’aide d’un poussoir, et le mouvement de la grille fait avancer le combustible en ignition. En bas de la grille, il ne reste plus que les cendres qui sont évacuées dans une fosse. Les grilles à gradins sont plutôt utilisées pour les petites chaudières (jusqu’à 2 ou 3 MW environ) ou pour les ordures ménagères.
• Les grilles mécaniques sont constituées d’un tapis roulant métallique perméable à l’air. Ces grilles utilisent le principe de combustion en couche. Elles sont utilisées presque exclusivement pour le charbon sur une très vaste gamme de puissance de quelques mégawatts à plus de 100 MW).
• Le « spreader stoker » utilise le principe de projection du combustible dans tout l’espace de la chambre de combustion. Il est utilisé pour les charbons et combustibles végétaux pour des puissances allant de quelques MW à plus de 100 MW.
• Les foyers « volcans » aussi appelés « understoker ». Le combustible est introduit par le dessous de la grille. Ce principe est utilisé pour des puissances n’excédant pas quelques MW.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : Chaudière
1. Type
a. Classification par gamme de puissance
Classification par installation (chaudières à usage domestique)
b. Classification par application
c. Classification par type de fluide caloporteur
Photo1 : Une chaudière à vapeur pour moteur stationnaire
d. Une chaudière à vapeur pour moteur stationnaire
e. Les principaux fluides caloporteurs utilisés sont
CHAPITRE II : Classification par source de chaleur
1- Chaudières à combustion
a- Chaudières à combustibles liquides ou gazeux
b- Chaudières à combustibles solides
b-1 Les foyers à grilles
b-2 Les foyers à lit fluidisés
b-3 Les foyers à charbon pulvérisé
a- Chaudières de récupération
b- Chaudières électriques
CHAPITRE III : Classification par construction
– Chaudières à tubes de fumées
Photo2 : Chaudière tubulaire neuve destinée à la locomotive 030T no 101 Pinguely du CFBS
– Chaudières à tubes d’eau
1- Classement par type de circulation
a- a circulation naturelle
b- à circulation assistée
c- à circulation forcée
2- Classification par architecture
a- Chaudière à deux passes
b- Chaudière tour]
Photo3 : Chaudière individuelle murale pour le chauffage des logements
Photo4 : Maquette de chaudière à vapeur pour navire, en cuivre et fonte. Musée de la Marine, Paris
CHAPITRE IV : Dimensionnement des chaudières à condensation
1- Le principe
2- La puissance pour les chaudières
Figure1 : Rendement de combustion
• Dimensionnement des chaudières bois
• Dimensionnement de la puissance maximale des besoins
• Dimensionnement de la chaudière bois : aspects techniques
Figure2 : Illustration sur la monotone de charge du taux de couverture d’une chaudière bois dimensionnée sur la puissance maximale
Figure 3 : Exemple d’évolution du taux de couverture en fonction du rapport entre la puissance de la chaudière (PN) et la puissance maximale des déperditions (QT)
• Dimensionnement de la chaudière bois : aspects économiques
Sécurité d’approvisionnement de chaleur : chaudière de soutien
• Dimensionnement des circuits de distribution
• Dimensionnement des circulateurs
• Dimensionnement des corps de chauffe
CHAPITRE V : Chauffe-eau
Photo5 : Série de chauffe-eau au propane
L’eau chaude sanitaire
Tableau 1 : Avantages et inconvénients des systèmes de chauffe-eau
A/ Le chauffe-eau
1- Débit
Tableau2 : capacité et vitesse d’écoulement
2- Source d’énergie
a- Le gaz naturel
b- L’électricité
c- Le propane
B/ Le ballon d’eau chaude
1- La capacité du réservoir
2- Le réglage de la température de l’eau stockée
• Entretien et durabilité
• Cuve
ANDRY TIANA RAKOTOJAONA Page
• Résistance
C / Les types de chaudières
1- Les ballons d’eau chaude électriques
2- Les chauffe-eau au gaz naturel et au mazout
3- Les chauffe-eau à chauffage direct
4- Les chauffe-eau à chauffage indirect
5- Les chauffe-eau combinés
6- Les chauffe-eau solaires
Photo6 :Chauffe-eau solaire de type monobloc : capteurs et ballon de stockage placés sur le même châssis
7- Les chauffe-eau thermodynamiques
Photo 7 :Chauffe-eau thermodynamique
D / Utilisation rationnelle du charbon de bois
1- Qualité du charbon de bois
2- Teneur en humidité
3- Matières volatiles autres que l’eau
4- Teneur en carbone pur
5- Teneur en cendres
E/ Quelques compositions caractéristiques de charbon de bois
Tableau 3 : Caractéristiques de charbons de bois destinés à la sidérurgie
1- Propriétés physiques
• Pouvoir absorbant
• Efficacité de la combustion
• Comment le charbon de bois brûle
Cuivre
Tableau 4 : caractéristiques chimique du cuivre
• Caractéristiques
c- Propriétés physiques
d- Propriétés électriques
e- Propriétés chimiques
CONCLUSION
