brochure technique_chaudieres a vapeur

Brochure techniqueclimat dinnovation

Les chaudires vapeur

Votre installateur : Viessmann France S.A.S. Avenue Andr Gouy B.P 33 - 57380 Faulquemont . Web : http://www.viessmann.fr Service consommateurs

9449 194 - F - 05/2008 Sous rserves de modifications techniques

Sommaire

Page 1 1.1 1.2 2 2.1 2.2 2.3 3 3.1 3.2 3.3 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.6 4.7 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 6 6.1 6.2 6.3 6.4 7 7.1 7-2 7-3 8 8-1 8-2 9 10 Introduction Objectif de cette brochure technique La vapeur d'eau dans l'histoire Bases gnrales Capacit calorifique de la vapeur Domaines d'utilisation de la vapeur Qu'est-ce que la vapeur ? Production de la vapeur Chaudires vapeur Bases rglementaires Composants d'une chaufferie Composants d'une chaufferie vapeur Gnrateur de chaleur Brleur Prchauffeur d'eau d'alimentation / conomiseur Evacuation des fumes Traitement de l'eau Traitement chimique de l'eau Equipements osmose Traitement thermique de l'eau par dgazage Traitement des condensats Ensemble de pilotage et de commande Dimensionnement Pression et puissance Besoins propres en nergie d'un gnrateur de vapeur Rgulation du niveau d'eau d'alimentation Procdure d'homologation des chaudires vapeur Installations plusieurs chaudires Mise en place Local Emissions sonores Transport Mise en place Fonctionnement Modes de fonctionnement Normes et prescriptions pour le fonctionnement Service Versions spciales Chaudires de rcupration de chaleur Chaudires vapeur surchauffeur Installations de rfrence Des mthodes de conception et de fabrication modernes assurent une qualit leve 4

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Usine pharmaceutique L.I.F.E de la socit B. Braun Melsungen AG Deux gnrateurs de vapeur haute pression Vitomax 200 HS fournissent jusqu' 40 tonnes de vapeur par heure pour la fabrication de solutions de perfusion.

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54 3

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1 Introduction

2 Bases gnrales

1.1 Objectif de cette brochure technique L'objectif de la prsente brochure technique est de communiquer les bases pour l'utilisation de la vapeur d'eau et de sa production dans les chaudires vapeur. Les caractristiques de la vapeur tant fortement diffrentes de celle de l'eau habituellement employe comme fluide caloporteur dans le chauffage, nous commenons par quelques considrations de base concernant le fluide "vapeur" et la production de la vapeur avant de prsenter les diffrents composants d'une installation quipe de chaudires vapeur et de donner des conseils sur le dimensionnement, la mise en place et le fonctionnement. Cette brochure technique traite exclusivement de la production de vapeur et n'aborde pas les chaudires eau surchauffe. Son contenu concerne la production de vapeur par des chaudires fixes (fig. 1) et ignore volontairement les particularits de la production mobile, sur les navires, par exemple. Les normes et lois mentionnes sont bases sur des rglementations europennes. Le prsent document contient galement des considrations bases sur les prescriptions allemandes et qui peuvent tre reprises sous certaines conditions dans d'autres pays.

2-1 Capacit calorifique de la vapeur L'avantage de la vapeur comme fluide caloporteur rside dans le fait qu'elle prsente une capacit calorifique nettement suprieure celle de l'eau (fig. 3). Pour une masse et une temprature identiques, la chaleur contenue dans la vapeur est plus de 6 fois celle contenue dans l'eau. Ceci est d au fait que l'vaporation de l'eau consomme une quantit d'nergie importante contenue dans la vapeur produite et qui est restitue lors de la condensation. Ce comportement est connu par les bouilloires (fig. 4) : pour faire vaporer le contenu d'un rcipient, il faut attendre assez longtemps pour que la chaleur produite par la plaque ou le feu de la cuisinire soit absorbe. L'nergie fournie pendant ce temps sert uniquement l'vaporation, la temprature de l'eau ou de la vapeur reste constante (100C la pression atmosphrique) (fig. 5). Il en rsulte un avantage vident pour la vapeur comme fluide caloporteur : pour transmettre la mme quantit de chaleur, il faut dplacer seulement un sixime de la masse par rapport de l'eau.

Capacit calorifique de la vapeur d'eau : 2675,4 kJ (1 kg, 100C, 1 bar)

Capacit calorifique de l'eau : 417,5 kJ (1 kg, 100C)

Capacit calorifique (kJ)Fig. 3 : Capacit calorifique de l'eau et de la vapeur d'eau

Fig. 1 : Machine vapeur fixe

Fig. 2 : Les geysers et les volcans sont des sources naturelles de vapeur

1.2 La vapeur d'eau dans l'histoire La vapeur d'eau est connue depuis l'utilisation du feu ; elle a t et est produite involontairement lors de l'extinction du feu avec de l'eau ou lors de la cuisson des aliments. Les premires rflexions sur l'utilisation technique de la vapeur sont attribues Archimde (287 - 212 avant JC) qui a conu un canon vapeur. Lonard de Vinci (1452 - 1519) a effectu des premiers calculs dans ce domaine et selon lesquels un boulet de 8 kilogrammes tir par un canon de ce type tomberait 1250 m environ.

Temprature

On attribue Denis Papin la conception pratique de l'autoclave (vers 1680). Ce premier rservoir pression a t dj quip d'une soupape de scurit aprs l'explosion d'un prototype lors des premiers essais. L'utilisation de la machine vapeur partir de 1770 environ a rendu ncessaire d'tudier plus attentivement le fluide de travail vapeur d'eau d'un point de vue thorique et pratique. L'on compte parmi les praticiens James Watt et Carl-Gustav Patrik de Laval qui se sont tous deux enrichis en commercialisant leurs machines.

Temprature d'bullition

Ebullition

x=0

x = 1 Temps

Fig. 4 : Bouilloire

Fig. 5 : Processus d'bullition

4

5

Bases gnrales

Bases gnrales

2.2 Domaines d'utilisation de la vapeur La vapeur est employe comme vecteur d'nergie et vecteur de substances chimiques dans un grand nombre de domaines de la production industrielle. Les domaines d'utilisation typiques sont entre autres les industries papetires et de matriaux de construction, les raffineries, l'industrie pharmaceutique et les industries agroalimentaires. La vapeur actionne des turbines pour produire de l'lectricit, vulcanise les produits en caoutchouc et strilise les emballagesLiqufaction de la glace sous pression

Vapeur humide, vapeur surchauffe, vapeur satureIsotherme critique

Eau

Vapeur humide

Vapeur

221,2

Point critique

Point de fusion 1 Pression [bar] 0,006 Point triple Point d'bullition normal

Si l'on fait vaporer de l'eau dans un environnement assez froid en l'alimentant en chaleur, une partie de l'eau l'tat de gaz se condense sous forme de fines gouttelettes. La vapeur d'eau est alors compose d'un mlange de fines gouttelettes et d'eau invisible l'tat de gaz. Ce mlange est appel vapeur humide (fig. 7).x=0 x>0 x = 0,2 x = 0,8 x 0,0248 W(m.K) Point triple : 0,01C soit 273,165 K 0,00612 bar Point critique : 374,15C 221,2 bar

x=

100

Temprature [C]

La prsente brochure technique ne traite pas des mlanges d'air et de vapeur d'eau, mais exclusivement de vapeur sche produite dans des systmes en circuit ferm (chaudires vapeur). La vapeur est produite par vaporation ou sublimation partir de la phase liquide ou solide. Dans le sens physique, la vapeur d'eau est de l'eau sous forme de gaz. Avec le temps, il s'tablit lors de l'vaporation de l'eau un quilibre dynamique o autant de particules de la phase liquide ou solide passent en phase gazeuse et inversement. La vapeur est alors sature. Le nombre de particules passant d'une phase l'autre est fortement fonction de la pression et de la temprature du systme considr.

0 Chaleur d'vaporation : 2250 kJ/kg 100

200 273 0,0

La zone sparant la vapeur humide et la vapeur surchauffe est la vapeur sature ou, pour faire une diffrence avec la vapeur humide, la vapeur sche dans certains cas. La plupart des valeurs des tableaux de la vapeur d'eau se rapportent cet tat.

x

2.3 Qu'est-ce que la vapeur ?

Au dessus de cette temprature, la vapeur d'eau et l'eau liquide ont la mme densit et cet tat est donc appel surcritique Il n'est pas im. portant pour l'emploi de chaudires vapeur. L'eau surcritique prsente, d'un point de vue chimique, des proprits particulirement agressives. En dessous de ce point, la vapeur d'eau est donc sous-critique et se trouve en quilibre avec l'eau liquide. Si elle continue monter en temprature dans cette zone aprs vaporation complte du liquide pour dpasser la temprature d'vaporation correspondante, il se forme de la valeur surchauffe. Cette forme de vapeur ne contient plus de gouttelettes d'eau et est physiquement un gaz et invisible.

400

Point critique x = part massique de la vapeur [%]

300

x = 40 %

%

2000% =

x = 60 %

x =

x=

20

0 10

80 %

%

2,0 Entropie [kJ/(kg.K)]

4,0

6,0

8.0

10,0

Modification d'tat de l'eau 100C et 1 bar de pression

Fig. 8 : Graphique T-s pour l'eau

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Bases gnrales

3 Production de la vapeur

Condensation et retard d'bullition Si l'on refroidit de la vapeur, l'on atteindra un certain moment le point de rose o la vapeur est nouveau sature et, si l'on continue la faire descendre en temprature, o elle redevient un liquide. Dans le cas du passage direct de l'tat gazeux l'tat solide, c'est--dire, d'une resublimation, ce point est appel point de conglation. Si la vapeur est refroidie en dessous du point de rose sans qu'il n'y ait de condensation, il se produit une sursaturation. La raison en est l'absence de germes de condensation comme les particules de poussire ou de glace. Dans le sens inverse l'bullition , peut tre retarde : l'eau ne contenant pas de particules de poussire ou de bulles de gaz peut monter en temprature au dessus du point d'bullition sans qu'elle ne se mettre bouillir. Des perturbations minimes induisant un brassage peuvent provoquer une sparation explosive des phases liquide et de vapeur, c'est ce que l'on appelle retard d'bullition.

3-1 Chaudires vapeur

100

Point critique

Liquide Valeur surchauffe

1 Vapeur

Une chaudire vapeur est un vase ferm qui sert produire de la vapeur une pression suprieure la pression atmosphrique. Le confinement de la vapeur fait monter la pression et donc la temprature d'bullition. La quantit d'nergie contenue dans la vapeur produite augmente galement (fig. 10). Les diffrents types de chaudires se distinguent soit par leur forme, soit par le type d'quipement de chauffe ou le combustible. Les gnrateurs de vapeur sont dfinis non seulement par leur type, mais encore par leur dbit de vapeur et leur pression de service maximale. Pour produire de la vapeur haute pression des puissances assez leves, il existe pour l'essentiel deux types : la chaudire tubes d'eau et la chaudire tubes de fumes (appele galement chaudire grand volume d'eau). Sur la premire, l'eau se trouve l'intrieur des tubes qui sont lchs l'extrieur par les gaz de combustion. Cette version se rencontre habituellement sous la forme de gnrateurs instantans de vapeur jusqu' 30 bar environ ou de chaudires tubes d'eau jusqu' 300 bar environ. Ces pression ne peuvent pas tre produites par les chaudires tubes de fumes, du fait de leur principe. Dans ces chaudires, les gaz de combustion traversent les tubes qui baignent dans l'eau (fig. 11). Selon leur modle, ces chaudires prsentent une pression de service allant jusqu' 25 bar environ et fournissent 25 tonnes de vapeur par heure, par exemple. La version chaudire tubes de fumes permet de remplir efficacement et conomiquement la grande majorit des exigences poses la production de vapeur dans le processus de fabrication industrielle, en particulier en ce qui concerne la pression et le dbit de vapeur. Cette version est galement employe pour la production de vapeur basse pression (jusqu' 1 bar).

Capacit calorifique vapeur d'eau : 2777,0 kJ (1 kg, 180C, 10 bar)

Capacit calorifique vapeur d'eau : 2675,4 kJ (1 kg, 100C, 1 bar)

Capacit calorifique [kJ]Fig. 10 : Capacit calorifique de la vapeur d'eau

Pression [bar]

0,01

Point triple 0 100 200 300 400

Temprature [C]Fig. 9 : Courbe de point d'bullition de la vapeur d'eau

Les dangers causs par la vapeur d'eau De faibles quantits de vapeur d'eau peuvent transporter de grandes quantits de chaleur et donc d'nergie. C'est la raison pour laquelle le potentiel destructeur des appareils vhiculant de la vapeur comme les gnrateurs de vapeur et les conduites est considrable. Une chaudire vapeur courante destine l'usage industriel est un vase ferm. C'est--dire que la vapeur s'y trouve en rgle gnrale une pression suprieure la pression atmosphrique. Alors qu' la pression ambiante, un litre d'eau produit 1700 litres de vapeur environ, ce volume est rduit 240 litres 7 bar.

On comprend facilement que si l'on ouvre le rservoir, il se produit brutalement une expansion du volume entranant des risques en consquence. La vapeur d'eau ( l'tat de vapeur surchauffe) qui s'chappe une temprature et une pression leves d'une conduite en mauvais tat est invisible et peut former un jet d'une longueur considrable. Un contact avec ce jet est mortel par suite des brlures occasionnes.

Fig. 11 : Vitomax 200-HS - Gnrateur de vapeur haute pression

Fig. 12 : Vitomax 200-HS - Gnrateur de vapeur haute pression, type M237, dbit de vapeur : de 0,5 3,8 t/h

Fig. 13 : Vitomax 200-HS - Gnrateur de vapeur haute pression, type M235, dbit de vapeur : de 4,0 25,0 t/h

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Production de la vapeur


Ds 1985, est apparue la ncessit de rglementations techniques communes destines crer un march intrieur europen sans entraves pour le commerce. Jusqu'en 1997 cependant, les pays membres de l'Union Europenne ont conserv des prescriptions nationales sur la fabrication d'appareils pression et donc galement des gnrateurs de vapeur. Pour les appareils pression, est entre en vigueur le 29 mai 1997 la directive 97/23/CE du Parlement Europen et du Conseil du 29 mai 1997 portant harmonisation des prescriptions juridiques des tatsmembres sur les appareils pression (DESP) avec un dlai de transposition de 5 annes pour les tats-membres. La DESP est valable pour toutes les chaudires vapeur d'une pression de service maximale dpassant 0,5 bar ou d'une temprature de service de plus de 110C et d'un volume de plus de 2 litres. Pour les indications de volume, il est noter qu'il faut toujours considrer le volume total de la chaudire vapeur. La DESP ne s'applique pas aux chaudires vapeur dont la pression de service est infrieure 0,5 bar et o la temprature de service est infrieure 110C. La directive appareils gaz, par exemple, est en vigueur pour ces appareils. La DESP rglemente toutes les procdures jusqu' la mise en circulation de l'appareil pression. Outre l'appareil pression lui-mme, tous les quipements de scurit et les quipements de maintien de la pression entrent dans le cadre de cette directive. L'annexe II de la DESP classe en catgories les appareils pression quipement de chauffe (chaudires vapeur) (fig. 14).

PS [bar]

Article 3, paragraphe 3

3.2 Bases rglementaires

L'organisme charg du contrle tablit une dclaration de conformit l'issue d'un contrle final positif selon le module G. Dans la dclaration de conformit (fig. 17), le fabricant dclare que le gnrateur de vapeur remplit les exigences en vigueur de la directive appareils pression ou, le cas chant, d'autres directives importantes. Pour indiquer la conformit ces exigences, le fabricant appose le marquage CE sur la chaudire.= 30 00V = 1000

1000

100 32 25 10 3 1 0,5 I II III

PS

PS = 32 PS V V = = 20 50

PS

V

0

IV

PS = 0,5

0,1

1

2

6,25 10

100

400 1000

10 000 V [litres]

Pour les chaudires de srie, une fabrication selon module B (examen de type CE) est possible. Dans le cas de ce module, le fabricant ralise lui mme les contrles sur chaque chaudire. La condition est que le fabricant possde un systme d'assurance qualit homologu pour la fabrication, le contrle final et tous les contrles lis la fabrication et qu'il soit suivi par un organisme certifi. La mise en place du marquage CE, l'tablissement de la dclaration de conformit par le fabricant et l'attestation des contrles selon le module driver de la fig. 14 permettent la chaudire d'tre mise en circulation dans les tats-membres de l'Union Europenne sans obstacles commerciaux. Les tats-membres de l'Union Europenne doivent supposer que la chaudire rpond toutes les dispositions de la directive en vigueur, la directive appareils pression, par exemple (dclaration de conformit). Pour les tats non membres de l'Union Europenne et qui ne reconnaissent pas la directive appareils pression, des conventions spciales doivent tre passes entre le fabricant et l'organisme de surveillance comptent dans le pays.

Fig. 15 : Installation quipe de trois Vitoplex - un gnrateur de vapeur basse pression et deux chaudires eau chaude

Fig. 14 : Graphique de la directive appareils pression modifi selon EHI (Association de l'Industrie du chauffage europenne, manuel d'application de la directive appareils pression 97/23/CE)

Les chaudires vapeur haute pression de la srie Viessmann Vitomax 200-HS et les chaudires vapeur basse pression Vitomax 200-LS sont classes dans la catgorie IV du graphique par suite de la formule : pression volume. Seules les chaudires de la srie Vitoplex 100-LS (gnrateurs de vapeur d'une pression de service maximale de 1 bar) et d'une capacit de moins de 1000 litres entrent dans la catgorie III. Les catgories de modules possibles selon DESP sont galement drives des catgories III ou IV. Les catgories de modules rglementent les contrles que le fabricant

peut raliser lui mme et ceux qui sont effectuer par un organisme indpendant (organisme notifi selon DESP). Les gnrateurs de vapeur haute pression Viessmann de la catgorie IV sont de prfrence contrls selon le module G. C'est--dire qu'un organisme notifi missionn par le fabricant effectue tous les contrles sur la chaudire. Les contrles consistent en un contrle du projet (contrle du calcul de la partie sous pression et de la conception selon les exigences de la norme), un contrle des procds de fabrication, une surveillance de la construction, un contrle de solidit (essai de pression) et d'un contrle final.

Fig. 16 : Gnrateur de vapeur basse pression Vitoplex 100 LS, de 260 2200 kg/h

Fig. 17 : Dclaration de conformit pour chaudires

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2. Gnrateur de vapeurVapeur vers les circuits consommateurs Chemine

Armoire de commandeEau d'appoint

Gnrateur de vapeur avec brleurTraitement thermique de l'eau (dgazage total)

Bipasse Vanne de rglage eau d'alimentaire

Vanne de dsembouage

Pompe alimentaire de la chaudire

Traitement chimique de l'eau (adoucissement)Eau brute

Le gnrateur de vapeur est dfini non seulement par son type, mais encore par son dbit de vapeur et sa pression de service maximale. Le gnrateur de vapeur devra comporter des organes de scurit, de rglage, d'affichage et d'isolement, un module de pompe d'eau alimentaire, un quipement de chauffe (brleur) et un dispositif de commande. La slection des diffrents composants est fonction du mode de fonctionnement de l'installation souhait par l'exploitant et des combustibles.

Eau de refroidissement

Rservoir condensats

3. Economiseur Le gnrateur de vapeur sera complt par un prchauffeur d'eau d'alimentation (conomiseur - ECO) intgr ou mont en aval et destin augmenter le rendement de chaudire. L'eau d'alimentation est chauffe par les fumes l'intrieur de l'conomiseur, ce qui refroidit les fumes (fig. 21).

Ballon d'clatement des purges

Refroidisseur de purges et vidangeEvacuation eaux uses

Retour des condensats des circuits consommateurs

Fig. 18 : Composants d'une chaufferie vapeur

Fig. 21 : Gnrateur de vapeur haute pression fioul/gaz Vitomax 200 HS conomiseur intgr au collecteur de fumes, dbit de vapeur : de 4,0 25,0 t/h

3.3 Composants d'une chaufferie Une chaufferie oprationnelle se compose non seulement du gnrateur de vapeur avec tous ses organes de scurit, de rglage, d'affichage et d'isolement, mais encore de groupes supplmentaires ncessaires au fonctionnement (voir fig. 63, pages 32/33). Le prsent chapitre rcapitule et dcrit l'interaction entre les groupes. Les dtails des groupes sont dcrits dans ce qui suit. Une chaufferie typique est constitue des composants principaux suivants :Fig. 19 : Gnrateur de vapeur haute pression Vitomax 200-HS, type M237, dbit de vapeur : de 0,5 3,8 t/h Fig. 20 : Gnrateur de vapeur haute pression Vitomax 200-HS, type M235, dbit de vapeur : de 4,0 25,0 t/h

4. Alimentation en combustible En France et dans les pays voisins, le fioul domestique et le gaz naturel sont depuis des annes les principaux combustibles utiliss. Les autres combustibles comme le fioul lourd, les huiles uses, les GPL, les biogaz, le gaz de hauts-fourneaux, etc. restent limits des cas particuliers. L'alimentation en combustible pour le fioul domestique comprend les cuves de stockage, les dispositifs de remplissage, les cuves intermdiaires, les pompes fioul (fig. 22), les conduites fioul avec robinetterie et les organes d'arrt de scurit. Dans le cas du gaz, l'on prvoira une vanne fermeture rapide pour le btiment, les conduites de gaz l'intrieur du local chaufferie, les conduites d'aration et de purge d'air et la rampe gaz (fig. 23).

Fig. 22 : Groupe de deux pompes fioul (source Weishaupt)

Fig. 23 : Rampe gaz

1. Local chaufferie Le local chaufferie sera raliser selon les rglementations en vigueur. La chaufferie devra comporter des ouvertures ncessaires pour l'aration et l'arrive d'air de combustion, un clairage et aussi des portes de communication avec l'extrieur.

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4 Composants d'une chaufferie vapeur

5. Evacuation des fumes On prvoira les conduits de fumes entre la chaudire / l'conomiseur et la chemine, les piges sons et la chemine.

4-1 Gnrateurs de vapeur Dans notre pays, plus de 50 % des gnrateurs de vapeur haute pression en service sont des chaudires grand volume d'eau et triple parcours de fumes, comme les gnrateurs de vapeur haute pression Vitomax 200 HS (fig. 26 et 27). La version triple parcours de fumes permet d'obtenir une combustion dgagements polluants particulirement faible et donc respectant l'environnement. Les gaz de chauffe sortant de la chambre de combustion traversent une chambre d'inversion refroidie par eau et entrent dans le deuxime parcours. Une chambre d'inversion supplmentaire place dans la zone de la porte de chaudire avant, dirige les gaz de combustion dans le troisime parcours qui constitue les surfaces d'change. Les gaz de chauffe quittant la chambre de combustion par la chambre d'inversion place en partie arrire et aucun reflux de gaz de combustion n'entourant le centre de la flamme, celle-ci peut cder davantage de chaleur et est donc mieux refroidie. Cette solution et le temps de passage court des gaz de combustion dans la zone de raction rduisent la formation d'oxydes d'azote. Le principe de conception des chaudires grand volume d'eau se distingue par une capacit en eau importante, une grande chambre de vapeur et, de ce fait, un excellent pouvoir de stockage. La chaudire garantit ainsi une alimentation stable en vapeur mme si la charge prsente des variations importantes et de courte dure. La grande surface d'vaporation associe une chambre de vapeur de formes adaptes et au sparateur de gouttelettes intgr assure une vapeur sche. Les trois parcours de fumes garantissent un dbit de vapeur lev pour de faibles dures de monte en temprature.

6.Traitement chimique de l'eau Le type de traitement de l'eau est fonction des points suivants : - composition chimique de l'eau brute, - qualit des condensats, - quantit des condensats retournant la chaudire, - exigences en matire de qualit de la vapeur, - taux de dconcentration du gnrateur de vapeur Le procd ncessaire pour le traitement de l'eau sera slectionn sur la base de ces critres. Le traitement de l'eau comprend galement les dispositifs de conditionnement de l'eau alimentaire.

Fig. 24 : Chemine (source ASETEC)

Fig. 25 : Pied de chemine

Fig. 26 : Gnrateur de vapeur haute pression fioul/gaz Vitomax 200 HS conomiseur intgr au collecteur de fumes, dbit de vapeur : de 4,0 25,0 t/h

9 - Surchauffeurs 7 - Traitement thermique de l'eau Des dispositifs de dgazage thermique sont ncessaires, pour liminer les gaz nocifs pour le fonctionnement de la chaudire, dissous dans l'eau comme l'oxygne et le dioxyde de carbone. L'augmentation de la temprature rduit la dissolution de ces gaz dans l'eau, la teneur en gaz de l'eau alimentaire diminue. Les surchauffeurs servent faire monter la temprature de la vapeur au dessus de la temprature de saturation (voir galement page 50, point 8-2 Chaudires vapeur surchauffeur).

10 - Conduites L'ensemble des conduites, de la robinetterie, des rpartiteurs de vapeur et des conduites de drainage ncessaires au transport des fluides sont galement considrer comme des composants de la chaufferie. Tous les composants mentionns seront pris en compte par les organismes de surveillance lors de la rception d'une installation.

1er parcours chambre de combustion 2e parcours

8 - Appareils thermiques Le traitement thermique comprend des dispositifs d'limination des gaz qui se trouvent dans l'eau comme un quipement de dgazage total, des rservoirs de refroidissement de l'eau de dsembouage et de dconcentration du gnrateur de vapeur, des changeurs de chaleur pour rcupration de l'nergie de l'eau de dconcentration et des rservoirs de collecte des condensats, y compris les pompes condensats correspondantes

3e parcours

Fig. 27 : Chaudire triple parcours de fumes Vitomax 200 HS

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Composants d'une chaufferie vapeur


La transmission de la chaleur est rpartie comme suit l'intrieur des parcours : - 1er parcours et chambre d'inversion : 35 % environ - 2e et 3e parcours : 65 % environ La conception des Vitomax 200 HS se distingue par les particularits suivantes : - combustion faibles dgagements polluants avec faibles missions d'oxydes d'azote grce de faibles charges de la chambre de combustion - la grande chambre de vapeur et la grande surface d'vaporation ainsi qu'un sparateur de gouttelettes intgr augmentent la qualit de la vapeur - travaux de maintenance trs aiss grce la chambre d'inversion arrire refroidie par eau sans briquetage - grande porte de nettoyage - le dessus de chaudire praticable facilite les travaux de montage et protge l'isolation des endommagements (fig. 28) - fiabilit leve et longvit importante grce de larges lames d'eau et des carts importants entre les tubes de fumes - les capacits en eau importantes assurent une bonne irrigation et de bonnes transmissions calorifiques - faibles dperditions par rayonnement grce 120 mm d'isolation et une paroi avant refroidie par eau - faible contre-pression ct fumes grce aux surfaces d'change ralises en tubes de fumes de grandes dimensions Les dbits maximaux des gnrateurs de vapeur sont dfinies par la norme europenne EN 12953 et sont une obligation pour les fabricants. Il est possible de fabriquer des chaudires jusqu' un dbit de 25 t/h avec une combustion au gaz et jusqu' 19 t/h avec le fioul. Les pressions de service maximales autorises peuvent aller jusqu' 25 bar selon la puissance des chaudires. Dans certains pays, les organismes d'homologation exigent partir d'une puissance de chaudire de 12 MW avec le fioul et de 15,6 MW avec le gaz, des points de mesure contrle de la temprature de la chambre de combustion. Ces points de mesure peuvent tre intgrs sans problme au Vitomax 200 HS.Fig. 30 : Distribution de la vapeur

Le gnrateur de vapeur comprend les organes de scurit, de rglage, d'affichage et d'isolement, le module pompe alimentaire, l'quipement de chauffe (brleur) et une armoire de commande pilotant tous les dispositifs de rglage et de commande spcifiques la chaudire. La slection de ces composants ajouter au gnrateur de vapeur est fonction du mode de fonctionnement de l'installation souhait par l'exploitant et des combustibles. Les vannes de dsembouage et de dconcentration montes sur le gnrateur de vapeur sont d'une importance particulire. Elles sont ncessaires pour assurer un fonctionnement durablement fiable de la chaudire vapeur. Pendant le fonctionnement, il se forme l'intrieur de la chaudire des dpts de boue qui doivent tre enlevs priodiquement. Cette opration est effectue par une vanne de dsembouage (fig. 31) qui fait sortir de l'eau de chaudire de la partie basse de la chaudire. Si cette vanne est ouverte d'un coup, l'coulement rapide d'eau enlve efficacement les boues de la partie basse de la chaudire. Pendant la production de vapeur, les sels dissous dans l'eau par dosage restent et augmentent la teneur en sels de l'eau de chaudire. Une teneur en sels excessive induit la formation d'une crote solide, dtriore les transmissions calorifiques et provoque la corrosion de la chaudire et la formation de mousse, cette mousse risquant d'tre entrane par l'eau dans la partie production de vapeur. La qualit de la vapeur diminue et les accumulations d'eau soumettent la robinetterie des contraintes. De plus, les rgulateurs de niveau d'eau assurant un niveau d'eau suffisant l'intrieur de la chaudire ne fonctionnent plus correctement. Les vannes de dconcentration ont donc comme rle d'empcher tout dpassement de la teneur en sels admissible. Une lectrode de dconcentration implante dans la chaudire mesure la teneur en sels et ouvre la vanne de dconcentration si la valeur de consigne est dpasse.

Fig. 28 : Dessus de chaudire praticable pour les travaux de montage

Fig. 31 : Vanne automatique de dsembouage priodique de la chaudire

Fig. 29 : Chaudire vapeur quipe

Fig. 32 : Vanne de dconcentration

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4.2 Brleur Les brleurs ont comme rle de transformer l'nergie contenue dans les combustibles en chaleur utile. Habituellement, les chaudires grand volume d'eau fonctionnent au combustibles liquides et/ou gazeux. Dans de rares cas, l'on brle galement de la poussire de charbon ou du bois, tant peu rpandus, ces deux combustibles ne sont pas traits dans le prsent document.

Brleurs pulvrisation par injection de vapeur Le fioul est pulvris dans la tte de brleur l'aide de vapeur. Ce type de brleur est habituellement employ pour les trs grandes puissances.

Brleurs pulvrisation coupelle rotative Le fioul est amen dans une coupelle soumise une mouvement de rotation trs rapide. Le mouvement de rotation et la forme conique de l'intrieur de la coupelle dirigent le fioul vers la chambre de combustion et le fioul est finement pulvris au bord de la coupelle par la force centrifuge et par l'air sortant grande vitesse. Les brleurs pulvrisation par force centrifuge sont de prfrence employs avec du fioul lourd (fig. 35). Ils peuvent galement tre employs pour le fioul lger, les rsidus d'huile comme les mlanges huiles/corps gras ou les rsidus de dgraissage, les graisse animales, de friture ainsi que pour l'huile de colza.

Air de combustion Le gaz ou le fioul ne brlent que si l'on apporte de l'oxygne (air). C'est pourquoi un ventilateur d'air de combustion quipe chaque brleur. Selon le montage, on fait la distinction entre les brleurs monoblocs et les brleurs biblocs (monobloc : turbine monte sur le brleur, bibloc : turbine indpendante). La turbine d'air de combustion a pour rle de fournir le dbit d'air ncessaire d'un point de vue stoechiomtrique plus un supplment d'environ 10 % pratiquement ncessaire et de vaincre les contre-pressions dues l'installation. Il s'agit entre autres de la contrepression de la chaudire, du brleur, de l'conomiseur et du pige sons sur les fumes. La temprature de l'air aspir devra tre comprise entre 5C et 40C pour assurer une combustion faibles dgagements polluants et une longvit importante de la chaudire et du brleur. En outre, l'air ne devra pas contenir de composants corrosifs comme les composs chlors ou halogns.

Fig. 33 : Brleur pulvrisation par pression (source Weishaupt)

Fig. 36 : Brleur gaz (source Weishaupt)

- Combustibles gazeux Entrent en considration la famille des gaz naturels. Les gaz de ptrole liqufis et les gaz de ville ne sont pas tudis plus avant par suite de leur faible utilisation. Le gaz naturel se compose principalement de mthane (CH4). Les compositions varient selon le gisement. Habituellement, le gaz naturel contient entre autres des gaz inertes (composants non combustibles) et d'autres hydrocarbures lourds. Le gaz naturel est plus lourd que le gaz de ville, mais plus lger que l'air. Gaz naturel EH : PCI = 36 MJ/kg Gaz naturel EL : PCI = 32 MJ/kg Il est dans de nombreux cas, possible d'ajouter du biogaz ou du gaz de fermentation, les deux gaz peuvent souvent brler sans adjonction de gaz naturel. Il ne faut pas oublier que les

Fig. 34 : Vues en coupe d'un brleur pulvrisation par pression (source Weishaupt)

Fig. 35 : Brleur pulvrisation coupelle rotative

Fig. 37 : Brleur mixte (source Weishaupt)

Fig. 38 : Brleur mixte fioul / gaz en place sur une Vitomax 200 HS (source SAACKE)

Fioul Les fiouls sont classs dans les catgories suivantes : fioul domestique : PCI = 42,7 MJ/kg fioul lourd : PCI = 40,2 MJ/kg

La composition des fiouls varie selon les pays. Il existe en outre et en particulier dans les pays non europens des fiouls qui n'entrent pas dans ces catgories mais qui, sont habituellement brls. Les versions de brleurs varient selon le type de fioul. On distingue les brleurs pulvrisation par pression, les brleur pulvrisation par la vapeur et les brleurs pulvrisation coupelle rotative.

Brleurs pulvrisation par pression Le fioul comprim par une pompe est pulvris sous forme de brouillard par un gicleur. Ces brleurs sont principalement employs pour pulvriser du fioul lger (fig. 33 et 34).

mlanges modifient le PCI, il est donc ncessaire d'adapter le brleur ou d'employer un brleur spcial. En rgle gnrale, le type d'installation doit prendre en compte la teneur en soufre des gaz employs puisqu'il faut, le cas chant, mettre en uvre des matriaux de qualit particulirement leve comme l'acier inoxydable pour la robinetterie gaz.

- Brleurs mixtes Il s'agit habituellement de brleurs qui peuvent fonctionner au gaz ou au fioul. Le passage est effectu manuellement ou automatiquement sur la base d'heures de dlestage indiques par le fournisseur de gaz, par exemple, et qui rendent ncessaire un passage provisoire au fioul. Cette version est surtout rencontre sur les installations de taille assez importante, pour assurer l'approvisionnement. 19

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4.3 Prchauffeur d'eau d'alimentation / conomiseur Un conomiseur est un changeur de chaleur intgr au gnrateur de vapeur (fig. 26, page 15) ou plac en aval de la chaudire. Dans le cas des chaudires vapeur, l'conomiseur est employ pour prchauffer l'eau alimentaire. Les tempratures de fumes la sortie de la chaudire dpassent de 50 K environ la temprature de la vapeur sature. Il est impossible de rduire davantage cette valeur du fait des lois physiques des transmissions thermiques. Cette temprature de fumes relativement leve induit un rendement de combustion de 89 91 %. Les dperditions par les fumes peuvent ainsi atteindre 11 %. Pour rduire ces dperditions, des prchauffeurs d'eau d'alimentation (conomiseurs) sont dans de nombreux cas mis en uvre avec les gnrateurs de vapeur. Les conomiseurs sont par principe monts en aval du troisime parcours dans le cas des chaudires grand volume d'eau. Les fumes y sont refroidies par de l'eau alimentaire circulant contre-courant. Le dimensionnement est effectu en fonction des paramtres dbit et temprature de fumes, dbit et temprature d'eau d'alimentation et temprature de fumes dsire en aval de l'conomiseur. Selon la taille des surfaces d'change, la temprature des fumes est abaisse jusqu' 130C environ. La gamme de livraison Viessmann comprend pour les gnrateurs de vapeur Vitomax deux modles d'conomiseur pour un abaissement de la temprature des fumes 180C ou 130C. La temprature de l'eau d'alimentation passe de 102C (temprature d'entre) 135C environ ( 130C de temprature de fumes). En option, d'autres valeurs sont dimensionnes et proposes. Il est ainsi possible d'atteindre en rendement de combustion de 95 %.

L'exprience avec des conomiseurs permettent d'affirmer qu'un abaissement de la temprature des fumes de 20 K amliore le rendement de 1 % environ. L'conomiseur intgr se compose de tubes d'acier pourvus une ailette spirale soude (fig. 41 et 42). La liaison totale de l'ailette au tube garantit des transmissions calorifiques optimales entre les fumes et l'eau d'alimentation et permet de rduire les dimensions de l'conomiseur. Dans la pratique, deux emplacements de l'conomiseur se sont imposs. L'emplacement prfrentiel est l'intgration. L'conomiseur est implant dans le collecteur de fumes de la chaudire l'usine. L'conomiseur est donc reli la chaudire par la conduite d'alimentation non sectionnable. La chaudire et l'conomiseur constituent donc un ensemble rceptionn et homologu comme tel. Il n'y a pas besoin d'organes d'isolement et de scurit supplmentaires. L'conomiseur est pourvu d'un capot de fumes qui selon les exigences du client est quip de la buse de fumes et de la trappe de ramonage pour le faisceau de tubes. Le second emplacement est un conomiseur mont en aval (fig. 43) et qui peut tre plac en fonction des caractristiques de la chaufferie. Cet conomiseur peur tre dconnect ct eau et tre quip d'un bipasse intgr ct fumes. Il est employ dans les cas suivants : - viter une temprature infrieure au point de rose - emploi de plusieurs combustibles de composition diffrente (gaz naturel et fioul lourd contenant du soufre) La temprature des fumes en aval de l'conomiseur peut tre rgle dans cette version par positionnement du bipasse.

L'conomiseur en aval ncessite en plus des vannes d'arrt pour l'entre et la sortie de l'eau d'alimentation, une soupape de scurit et un manomtre et est considrer comme un composant indpendant selon la directive appareils pression. Pour utiliser de manire optimale la chaleur contenue dans les fumes, il est galement ncessaire dans le cas de gnrateurs de chaleur conomiseur d'employer des brleurs modulants et une rgulation d'eau d'alimentation action progressive. Cette solution assure que la chaleur des fumes produite pendant le fonctionnement du brleur soit utilise en permanence pour prchauffer l'eau d'alimentation. En gard l'amlioration du rendement de la chaudire rendu possible avec l'conomiseur et aux conomies de cots de combustible induites, les installations nouvelles devraient toujours tre quipes d'un conomiseur.

Rendement de chaudire [%]

Rendement de chaudire [%]

Fig. 41 : Liaison totale de l'ailette et transmission calorifique (source Rosink)

Puissance de la chaudire [%] rapporte la puissance nominale

Puissance de la chaudire [%] rapporte la puissance nominale

A Pression de service 5 bar B Pression de service 7 bar C Pression de service 9 bar D Pression de service 12 bar E Pression de service 15 bar F Pression de service 17 bar G Pression de service 19 bar H Pression de service 21 bar I Pression de service 24 bar

A Pression de service 5 bar B Pression de service 7 bar C Pression de service 9 bar D Pression de service 12 bar E Pression de service 15 bar F Pression de service 17 bar G Pression de service 19 bar H Pression de service 21 bar I Pression de service 24 bar

Fig. 39-1 : Rendement de chaudire en fonction de la pression de service sans conomiseur (moyenne des valeurs dtermines sur tous les modles de chaudire, teneur rsiduelle en oxygne dans les fumes 3 %, temprature d'eau d'alimentation 102C)

Fig. 39-2 : Rendement de chaudire en fonction de la pression de service avec conomiseur 200 (moyenne des valeurs dtermines sur tous les modles de chaudire, teneur rsiduelle en oxygne dans les fumes 3 %, temprature d'eau d'alimentation 102C)

Fig. 42 : Tubes d'conomiseur ailettes d'acier soudes (pour exemple)

Conduite de dcharge soupape de scurit

Purge d'air

par dessus le toit

Eau alimentaire

TI

PI TI

Vitomax 200 HSvidange

Fig. 40 : Schma pour un conomiseur vannes d'isolement avec robinetterie et bipasse

Fig. 43 : Chaudire vapeur Vitomax 200 HS conomiseur mont en aval ( droite)

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4.4 Evacuation des fumes Les combustibles liquides et solides contiennent essentiellement du carbone et de l'hydrogne. Si la combustion est complte, les fumes dgages contiennent du dioxyde de carbone (CO2), de l'azote (N2) et de l'eau (H2O). Types de chemine Il existe deux tats de pression diffrents pour l'vacuation des fumes. Le type de chemine est fonction de ces tats. En cas d'vacuation en surpression, le brleur pousse les fumes au travers de la chaudire vapeur et du systme d'vacuation des fumes jusqu'en haut de la chemine. En cas d'vacuation en dpression, la pousse du brleur n'atteint que la buse de fumes. Puis la chemine assure l'vacuation des fumes, le conduit de chemine est en dpression. Cette dpression est engendre par la monte des fumes chaudes et le dnivel entre l'entre et la sortie puisque la pression atmosphrique diminue avec l'altitude. Le tirage de chemine subit la friction des fumes contre les parois du conduit et les pertes de charge des composants intgrs comme les coudes et les piges sons. C'est la raison pour laquelle les conduits de chaque chemine seront dimensionner selon la norme EN 13384.

4.5 Traitement de l'eau L'eau la plus pure que l'on trouve dans la nature est l'eau de pluie. Cette eau contient cependant des lments gazeux (dissous) puiss dans l'atmosphre, pour l'essentiel de l'oxygne, de l'azote et du dioxyde de carbone (gaz carbonique) mais aussi et de plus en plus des composs soufrs (pluies acides). Lorsqu'elle s'infiltre dans le sol, elle s'enrichit d'autres composants comme le fer et le calcaire, par exemple. La nature de l'eau est donc fonction du chemin parcouru dans le sol. La norme europenne EN 12953 exige pour le fonctionnement de chaudire vapeur un traitement et une surveillance adapts de l'eau d'alimentation et de chaudire . La norme europenne EN 12953 et la notice pour l'tude Viessmann Qualits de l'eau dfinissent les exigences en matire d'eau d'alimentation et de chaudire (fig. 46 et 47).Fig. 46 : Tableau 5-1 de la norme EN 12953-10 Eau d'alimentation pour chaudires vapeur

Fig. 44 : Pige sons fumes

Fig. 45 : Chemine (source : ASETEC)

Les conduits de fumes en dpression seront d'une excellente tenue aux condensats et n'ont pas besoin d'tre parfaitement tanches puisque les fumes ne peuvent pas fuir par les joints cause de la dpression rgnante. Le conduit de chemine devra dpasser du toit d'au moins 1 m et prsenter dans le cas d'installations de plus de 1 MW une hauteur d'au moins dix mtres sur sol et de trois mtre au dessus de l'arte suprieure du toit. Les btiments environnants devront par principe tre pris en compte pour viter toute nuisance cause par la chemine. En outre, il est galement ncessaire de prendre en compte l'ensemble des nuisances des chemines dj existantes : dgagements polluants et bruits. Il est conseill de consulter cet effet les organismes comptents.

Matriaux La partie verticale du conduit de chemine est habituellement ralise en acier inoxydable de nos jours. Dans certains cas isols, de la brique rfractaire est galement mise en uvre en cas de chaudires vapeur. Les tubes de liaison (entre la chemine et le gnrateur de chaleur) sont galement raliss en acier inoxydable, plus rarement en acier normal (E24.2). Le matriau de synthse est inhabituel dans les installations de grande puissance.

Le but du traitement de l'eau est de mettre disposition de l'eau traite permettant un bon fonctionnement des chaudires. Cela signifie que les composants nuisibles de l'eau doivent tre limins ou lis par l'adjonction de produits chimiques. On pourra employer comme eau brute (eau non traite pour le fonctionnement de la chaudire) de l'eau de surface, de l'eau de puits ou de l'eau potable dj traite. Les eaux de surface ou de puits peuvent contenir des composants comme des matires en suspension, des boues, des impurets organiques, des composs ferreux ou manganeux qui devront tre limins dans les phases prparatoires au traitement de l'eau. Si l'on emploie de l'eau potable, ce prtraitement n'est pas ncessaire. Dans les chaufferies quipes de chaudires grand volume d'eau, l'on utilise dans la plupart des cas deux types de traitement en parallle (adoucisseur change d'ions et traitement thermique de l'eau, par exemple).

Dimensionnement Par principe, l'vacuation des fumes en surpression ncessite des tubes de section plus petite qu'en fonctionnement en dpression. Si la chemine fonctionne en surpression, elle doit tre tanche. Ce rsultat est atteint par des conduits souds ou embotables et quips de joints, en priorit dans le cas de chemines anciennes ou de chaudires condensation.

Protection contre l'incendie L'enveloppe extrieure porteuse pourra tre ralise en diffrents matriaux. Elle ne devra rpondre qu'aux exigences statiques. La chemine est place l'extrieur du btiment, l'enveloppe extrieure ne devra que supporter le conduit d'vacuation des fumes. Pour ce faire l'on utilise dans la plupart des cas de l'acier avec un traitement de surface, voire de la maonnerie et du bton.

Fig. 47 : Tableau 5-2 de la norme EN 12953-10 Eau d'alimentation pour chaudires vapeur et gnrateurs d'eau surchauffe

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4.5.1 Traitement chimique de l'eau

Adoucissement par change d'ions Le calcium et le magnsium sont dissous dans l'eau sous forme d'ions. Ces lments sont considrs comme des agents de duret. Pendant le fonctionnement de la chaudire et sous l'effet de la chaleur, ces corps se prcipiteraient sous forme de tartre et formeraient des dpts solides sur les surfaces de la chaudire. Ce dpt diminue les transmissions thermiques des fumes vers l'eau. L'on remarquerait au dpart des tempratures de fumes plus leves et donc une dgradation du rendement. Au fur et mesure que le dpt s'paissit, les surfaces d'change, qui ne sont pas refroidies, se dtriorent. C'est la raison pour laquelle la rglementation exige une eau d'alimentation adoucie. Mcanisme de formation du tartre CaCO3 ---> sous l'effet de la chaleur : Ca(HCO3)2 ---> CaCO3 + H2O + CO2 L'adoucissement est ralis par des quipements rsine changeuse d'ions. Les changeurs d'ions sont des billes de rsine synthtique o se trouvent des groupes actifs. Les changeurs d'ions employs pour l'adoucissement prsentent des ions sodium comme groupe actif. Si l'eau dure passe par l'changeur d'ions, les ions sodium prsents sont remplacs par les ions calcium et magnsium. Les agents de duret perturbant le fonctionnement de la chaudire sont ainsi limins de l'eau.

Si l'changeur d'ions est vide, c'est-dire que tous les ions sodium ont t remplacs par des ions calcium et magnsium, il est rgnr par une solution de chlorure de sodium (sel gemme). Les ions sodium sont dirigs en surplus sur les rsines changeuses d'ions et remplacent les agents de duret qui se sont dposs. Puis, l'changeur d'ions est nouveau oprationnel. Ce processus peut tre rpt indfiniment.

Injection de produits chimiques de correction Des produits chimiques de correction sont ajouts aprs l'change d'ions ou l'osmose pour maintenir l'alcalinit de l'eau d'alimentation, lier la duret restante et lier l'oxygne restant. Il existe une multitude de produits proposs par les socits de traitement de l'eau. Les conditions d'utilisation devront toujours tre convenues avec une socit de traitement de l'eau.

Charge : 4.5.2 Equipements osmose 2R - Na+ + Ca++/Mg++ ---> R - Ca++/Mg++ + 2 Na+2

Rgnration : R2 - Ca++/Mg++ + 2 Na+ ---> 2R - Na+ + Ca++/Mg++Fig. 48 : Equipement d'adoucissement Viessmann double volumtrique imersion automatique

Ces dernires annes, l'on emploie de plus en plus des quipements osmose pour la dconcentration. L'osmose est un processus physique, fonctionne sans produis chimiques et est donc trs cologique. La quantit d'eau dconcentre (permat) est de 80 % environ de l'eau employe (fig. 50). Dans un quipement osmose, l'eau traverse une membrane une pression de 30 bar environ. Les pores de la membrane semi-permable laissent passer les molcules d'eau (diffusion), les sels dissous restent sur le ct primaire et sont vacus de l'quipement. Il ne faut pas oublier que l'eau brute en amont de l'quipement osmose ne doit pas contenir de particules solides et que les agents de duret devront tre d'abord stabiliss (par filtration fine et dosage). Les particules solides colleraient aux pores de la membrane et les performances de l'quipement diminueraient rapidement. Les quipements osmose devront si possible fonctionner en continu et sont donc habituellement quips d'un rservoir tampon pour le permat.

Fig. 49 : Paramtrage de l'quipement changeur d'ions

R... Echangeur d'ions (radicaux) La gamme Viessmann comprend cet quipement d'adoucissement double volumtrique inversion automatique. Le module d'adoucissement est compos d'un groupe entirement mont avec deux bouteilles d'changeur d'ions, un quipement de dissolution des sels, la rgulation peut tre employe sans autres oprations de montage (fig. 48 et 49). Le dbit d'eau douce entre deux rgnrations sera rgl la mise en service et sera calcul partir de la taille de l'quipement et de la duret de l'eau brute. L'quipement fonctionne automatiquement et il ne faut ajouter que le sel gemme pour la rgnration. Comme il y a deux bouteilles d'changeur d'ions, un changeur est toujours disponible. La seconde bouteille sera rgnre ou est alors en rserve.

L'on distingue par principe entre trois modes de fonctionnement : - programmation horaire : fonctionnement des heures programmes - en fonction de la quantit : fonctionnement selon un volume d'eau traite - en fonction de la qualit : surveillance permanente de la qualit de l'eau d'alimentation. Ces quipements sont raliss sous forme d'quipements simples ou doubles. Les quipements simples sont prvus pour un fonctionnement discontinu, c'est--dire qu'en phase de rgnration, (plusieurs heures), aucune eau pure n'est disponible. Si le fonctionnement doit tre continu, des quipements d'adoucissement doubles inversion automatique sont indispensables.

Fig. 50 : Equipement osmose

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4.5.3 Traitement thermique de l'eauRservoir de condensats

Le dgazage totalVapeur vers les circuits consommateurs

L'eau ne peut emmagasiner qu'une certaine quantit de gaz. La quantit pouvant tre emmagasine sera calcule selon la loi de William Henry (physicien anglais, 1775-1836) en fonction de la pression partielle des gaz et de la temprature de l'eau. C'est ainsi que de l'eau 25C contient 8 mg d'oxygne par kg environ. Si l'eau est chauffe, le pouvoir de dissolution des gaz diminue. Dans le cas extrme, si l'eau se vaporise (situation rencontre dans les chaudires vapeur), tous les gaz dissous sont dgags. Les gaz se combinent alors diffremment. L'oxygne libre, par exemple, peut se combiner l'acier ferritique de la chaudire. Dans le cas des chaudires vapeur, ces composs induisent la corrosion caverneuse tant crainte. Dans la zone de l'arrive d'eau d'alimentation, des enlvements de matire ponctuels peuvent rapidement apparatre. Il est donc important d'liminer de l'eau de chaudire des gaz dissous. Un solution prouve est le dgazage thermique de l'eau d'alimentation. A l'intrieur de l'quipement de dgazage, l'eau est porte une temprature proche du point d'bullition et libre de la trs grande partie de tous ses gaz. Paralllement l'limination des gaz dissous, l'eau est maintenue avec une faible pression de vapeur une temprature de 80 105C (selon slection de l'appareil) pour viter toute nouvelle absorption de gaz. Il ne faut pas oublier qu'il faut soumettre au dgazage non seulement l'eau frache, mais encore les condensats retournant la chaudire. Diffrents types d'quipements de dgazage sont employs selon la qualit de l'eau d'alimentation respecter.

Equipement de traitement thermique de l'eau

Le dgazage thermique total est le procd le plus efficace d'limination des gaz dissous dans l'eau d'alimentation. L'on distingue les dgazages haute pression, basse pression et sous vide.

Pompe d'alimentation de la chaudire

- Le dgazage haute pression Le dgazage haute pression est employ dans les processus exigeant des rendements thermiques levs. Il est rarement mis en oeuvre cause des cots d'investissement levs.Fig. 52 : Dgazeur basse pression plac sur une bche alimentaireConduites eaux uses

Eau pure

Gnrateur de chaleur avec brleur


Fig. 53 : Dgazeur ruissellement (source Powerline GmbH)

Eau de refroidissement

- Le dgazage basse pression Le dgazage basse pression s'est avr comme la meilleure solution dans la majeure partie des cas. On entend donc par dgazage total toujours un dgazage fonctionnant une faible surpression (de 0,1 0,3 bar environ). L'expression basse pression dcrit donc un processus qui se droule une pression faiblement plus leve que l'atmosphre. Le fonctionnement en surpression garantit que l'eau d'alimentation ne puisse pas entrer en contact avec l'atmosphre et qu'il n'y ait pas de nouvelle dissolution de gaz. L'quipement de dgazage total se compose d'un quipement de dgazage et d'une bche alimentaire. L'quipement de dgazage est plac directement sur la bche (fig. 52 et 53).16 14 12 10 8 6 O2 [mg/l] 4 2 0 0 20 Temprature [C] 40 60 80 100

Refroidisseur par mlange

Fig. 51 : Chaudire vapeur et ses accessoires thermiques

Les indications contenant la composition de l'eau sont contenues dans la norme EN 12953 et les DTU. Le respect des valeurs limites qui y sont indiques est la condition d'un fonctionnement fiable et conomique de la chaudire. En ce qui concerne les chaudires volume d'eau important, il est recommand d'employer de l'eau d'alimentation d'une teneur en oxygne < 0,05 mg/kg.

L'quipement de dgazage partiel est quip d'un dispositif de rpartition et de distribution de l'eau neuve alimentant la chaudire et des condensats retournant la chaudire. L'alimentation en vapeur pour limination des gaz est effectue par une canne place au milieu de la zone infrieure du rservoir. L'alimentation en vapeur est adapte dans le plus simple des cas par un aquastat mcanique et rgle plus de 90C. L'arrive d'eau d'appoint est rgule par un rgulateur lectrique de niveau. Les quipements de dgazage partiels sont employs en premier lieu avec des chaudires de petite puissance et de pression faible. Les besoins plus levs en produits liant l'oxygne (voir chapitre 4.5.1 Traitement chimique de l'eau) prsents par cet quipement de dgazage sont accepts

Fig. 54 : Solubilit de loxygne en fonction de la temprature 1 bar dans leau pure

3500 3000 2500 2000 CO2 [mg/l] 1500 1000 500 0 0 20 Temprature [C] 40 60 80 100

Le dgazage partiel On appelle dgazage partiel un dgazage ralis la pression atmosphrique. Les quipements de dgaze partiel sont relis en permanence l'atmosphre par la conduite de dgazage. Le dgazage partiel est la forme la plus simple de traitement thermique de l'eau d'alimentation.

Fig. 55 : Solubilit du dioxyde de carbone en fonction de la temprature 1 bar dans l'eau pure

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Le type d'quipement de dgazage le plus rpandu est le dgazeur par ruissellement. A l'intrieur de cet quipement, les condensats rcuprs et l'eau frache d'appoint sont finement disperss travers des assiettes et mis progressivement en contact par ruissellement (d'o la dsignation dgazeur par ruissellement) avec la vapeur de chauffage. La monte en temprature de l'eau et le dgagement des gaz se font par paliers. Un perfectionnement de cet quipement de dgazage par ruissellement a t l'intgration d'un dispositif de post-chauffage (dgazage deux niveaux). Pour viter les corrosions, les dgazeurs sont actuellement entirement raliss en acier inoxydable. La bche alimentaire sert fournir de l'eau d'alimentation de chaudire en quantit ncessaire. La bche est relie au dgazeur par un manchon bride. Pour recevoir et distribuer la vapeur de chauffage, le rservoir d'eau d'alimentation est quip d'une canne d'injection. Elle garantit une temprature de 102C. La canne est place au milieu de la partie basse du rservoir. Dans le cas du dgazage un niveau, la canne est dimensionne pour le dbit de la totalit de la vapeur de chauffage. Dans le cas du dgazage deux niveaux, la canne sert maintenir la rserve d'eau en temprature. Sur les deux versions, un refroidissement partiel de l'eau d'alimentation et donc une nouvelle dissolution des gaz sont exclus. Le rservoir d'eau d'alimentation (fig. 56) est quip d'organes de rgulation du dbit de la vapeur de chauffage, du niveau d'eau des scurits ainsi que d'organes d'affichage pour les manuvres et la surveillance.

4.6 Le traitement des condensats Selon les processus technologiques utilisant la vapeur, la vapeur peut tre dirige, directement dans le produit ou le process. Dans ces cas, aucun condensat n'est ramen la chaudire. Dans le plus grand nombre d'applications, la vapeur cde toutefois sa chaleur au travers de surfaces d'change et se condense. Les condensats sont ramens la chaudire pour y tre rutiliss. D'un point de vue technique, l'on distingue deux types de retour de condensats.

Surveillance de la conductivit des condensats Sortie alarme LRT 1-.. URS 2

Vanne d'inversion 3 voies

1. Condensats basse pression Les condensats sont ramens au travers de bches ouvertes sur 90 % de l'ensemble des chaufferies vapeur. Si la temprature de service dpasse 100C, il y a revaporisation. Cette dernire concerne de 5 15 % en poids des condensats en fonction de la pression. Il se produit non seulement des dperditions nergtiques, mais encore et bien videmment des pertes d'eau qui doivent tre compenses par de l'eau neuve ayant t traite en consquence. En plus de ces dperditions, les condensats absorbent dans les installations en circuit ouvert de l'oxygne de l'atmosphre risquant d'induire des corrosions par oxygnation dans la zone des parcours de condensats.

Fig. 57 : Surveillance des condensats (cellule de mesure de la conductivit Gestra) (source : Gestra)

Fig. 56 : Bche alimentaire avec dgazage thermique

- Le dgazage sous vide Le dgazage sous vide est, comme le dgazage haute pression, une solution pour optimiser le rendement thermique d'une installation. Son avantage (marche des tempratures basses) ne se fait cependant pas sentir sur des chaudires qui fonctionnent en rgle gnrale des tempratures d'eau et de vapeur nettement suprieures 100C.

2. Condensats haute pression Dans les circuits condensats haute pression, les condensats sont ramens en circuit ferm (10 % environ) des applications des chaudires vapeur). Dans ces conditions, il ne peut pas se produire de pertes par revaporisation. En mme temps, toute entre d'oxygne de l'air dans les circuits condensats est vite.

Les solutions de ce type sont recommandes si les installations fonctionnent une pression de 5 bar au moins. Il ne faut pas oublier que toutes les conduites, toute la robinetterie, toutes les pompes et tous les rservoirs sont dimensionner pour cette pression. Les rservoirs (collecteur de condensats, rservoir d'eau d'alimentation, par exemple) sont des rservoirs sous pression qui devront faire l'objet d'un contrle effectu par un organisme notifi. Lors de l'tude de nouvelles installations ou lors de l'apprciation nergtique d'installations existantes, on devra slectionner la solution mettre en uvre. Il est possible d'conomiser des cots de fonctionnement importants par une gestion optimale des condensats et aussi par une utilisation de la vapeur de revaporisation.

Fig. 58 : Rservoir de rcupration des condensats

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Traitement des condensats Les condensats peuvent tre chargs de corps trangers par suite des processus technologiques et de rsidus de corrosion. Les condensats tant rutiliss comme eau d'alimentation, il est ncessaire de respecter les exigences en matire de qualit de l'eau. Les pollutions typiques des condensats peuvent tre : - des impurets mcaniques (produits de corrosion) - des augmentations de le duret (fuites d'eau potable ou sanitaire sur les changeurs de chaleur) - des entres d'acides et de bases (mlanges intempestifs lors du chauffage de bains acides ou basiques) - des huiles et des corps gras (industries agro-alimentaires, prchauffeurs d'huile) Les procds de traitement de l'eau, tels que filtration, dgraissage, adoucissement, dconcentration totale, seront prvus en fonction de la pollution. Il ne faut pas oublier lors de l'tude que les textes rglementaires en matire de chaudires en cas de fonctionnement sans surveillance prvoient des analyseurs automatiques surveillant les condensats. Si l'on constate des impurets dans les condensats, ces derniers pollus seront vacuer du circuit vapeur d'eau. Les points de prlvement d'chantillons devront toujours tre placs dans le conduit d'arrive des condensats en amont du rservoir de rcupration afin que les condensats pollus ne puissent pas entrer dans ce dernier. Les condensats seront vacuer par des vannes trois voies.

Surveiller les condensats contre des entres d'huile

4.7 Ensemble de pilotage et de commandeVue densemble

Convertisseur de mesure ORT 6

Sortie alarme temporise 4 20 mA CANopen (option)

L'ensemble de pilotage et de commande, comme par exemple l'armoire de commande Vitocontrol (fig. 61), contient tous les composants d'actionnement des dispositifs de rglage et de commande spcifiques aux chaudires vapeur. De plus, l'armoire de commande contient les composants ncessaires au fonctionnement automatique des chaudires sans surveillance humaine pour 24 ou 72 heures selon TRD 604. En font partie tous les composants de construction spcifique * ncessaires au fonctionnement d'une chaudire vapeur. L'actionnement des appareils de pilotage et de rgulation est effectu de manire idale par un automate programmable (API). Le pilotage et le paramtrage de l'installation sont effectus travers un cran couleur graphique (fig. 62). L' API enregistre galement les heures de fonctionnement du brleur et des pompes d'eau d'alimentation. Si le brleur est mixte, le relev des heures de fonctionnement du brleur et du nombre de dmarrages du brleur est effectu sparment pour chaque combustible. Tous les messages de drangement sont enregistrs et mmoriss avec la date et l'heure. Les messages de drangement sont en outre enregistrs sous forme d'historique, si bien que la survenance de drangements, leur acquittement et l'limination de la panne sont attests

Pression vapeur Niveau deau

Vanne eau dalimentation

Brleur

Conductivit

Vanne de dconcentration

Marche

Fig. 62 : Ecran tactile

Vanne d'inversion trois voies Messwertgeber ORG 12, 22

Fig. 61 : Armoire de commande Vitocontrol

Fig. 59 : Surveillance d'entre d'huile (Source : Gestra)

Fonctions principales : Rglage de la puissance du brleur La pression de la chaudire est mesure par une sonde et transmise l'API sous forme de signal analogique. L'API rgle la pression par rapport une consigne. Le rgulateur de puissance dtermine partir de la diffrence entre la pression de consigne et la pression effective le degr de modulation du brleur ou l'allure de brleur correspondant, en fonction de la configuration.

l'inversion de pompe a lieu rgulirement ou en cas de panne d'une des pompes.

Conductivit, rgulation de la dconcentration de l'eau de chaudire La fonction dconcentration est ralise en option par une rgulation action progressive dans l'API. La conductivit de l'eau est mesure par une sonde et envoye sous forme de signal analogique au l'API. La valeur de consigne salinit et les paramtres de rglage sont imposs travers le module de commande. Si la salinit est excessive, la vanne de dconcentration s'ouvre et de l'eau concentre en sel est vacue.

Fig. 60 : Dispositif de surveillance d'entre d'huile (Source : Gestra)

Rglage du niveau d'eau La rgulation du niveau d'eau de la chaudire vapeur intgre dans l'API peut tre ralise sous forme de rgulation tout ou rien par enclenchement et arrt des pompes d'eau d'alimentation ou de rgulation progressive agissant sur une vanne d'eau d'alimentation. L'enclenchement et l'arrt de la (des) pompe(s) d'eau d'alimentation ou le positionnement de la vanne d'eau d'alimentation amnent la chaudire la quantit d'eau d'alimentation ncessaire au maintien du niveau d'eau de consigne de la chaudire. Si l'installation est quipe de deux pompes d'eau d'alimentation,

Rgulation de dsembouage L'actionnement de la vanne de dsembouage peut tre effectu en option par l'API en fonction des valeurs en mmoire pour la longueur des intervalles sparant deux dsembouages et de la dure d'actionnement de la vanne. D'autres fonctions comme l'actionnement d'un clapet d'obturation sur les fumes, l'actionnement d'un clapet de bipasse, l'inversion une seconde valeur de consigne (pression) sont galement intgrs dans l'API. 31

* Il y a construction spcifique si un contrle rgulier est automatiquement ralis dans les parties lectriques et mcaniques de chaque appareil (pour les contrleurs de niveau d'eau lectrodes, la surveillance de la rsistance d'isolation, pour les appareils sonde doigt de gant, le contrle automatique du fonctionnement, pour les organes placs l'extrieur, le rinage des conduites de liaison, par exemple)

30

7.2

Event par le toitVitocontrol

Purge d'air par le toit Condensats

PI

Conduite de vapeur vers le dgazage Conduite de vapeur vers le circuit consommateur

Purge d'air par le toit

Conduite de dcharge soupape de scurit

PC

Purge d'air par le toit

Trop-pleinLC LIS LS

Raccord dosage

9.0Conduite de dosageTI

PI LSH PC PS PZL LZL LC LZL

Eau douce

Retour condensats du circuit consommateurLC PI

Trop-pleinLA LS

13.0

LI LS LA

PI

TI

QC

3.0PI

8.2

M

M6.10

Vidange

8.0

LI

Vitomax 200 HS

QZ

10.0

Conduite de rinage indicateur de niveau d'eau

Dconcentration

8.1

Purge d'air par le toit Eau brute10.1

Purge d'air par le toit si conduite gaz haute pression

Dsembouage

11.0 12.0

10.2

10.3

Rservoir de saumure

Eau bruteTC TI

Vers le rseau d'eaux usesTypes de conduitesConduite vapeur Conduite de dcharge Eau alimentaire Eau brute Eau douce Conduite gaz Conduite fioul Eaux uses Condensats Dosage Cble de commande 8.0 7.2 6.10 4.0 3.0

NumrotationCHAUDIERE ECONOMISEUR Refroidisseur prlvement d'chantillons Armoire de commande BRLEUR8.1

Lettre repre C

Premire lettre

Lettre suivante Rgulation automatique

Rampe gaz Ligne fioul TRAITEMENTTHERMIQUE DE L'EAU TRAITEMENT CHIMIQUE DE L'EAU Adoucisseur double inversion automatique

10.2

Stabilisation de la duret Fixateur d'oxygne REFROIDISSEUR PURGES ET VIDANGES BALLON D'ECLATEMENT DES PURGES RESERVOIR CONDENSATS

H I

Manuel

Haut affichage

Le prsent schma n'est qu'indicatif. L'emplacement des composants non fixs directement la chaudire, des composants ne faisant pas partie de la gamme de livraison Viessmann et le trac des conduites ne sont donns qu' titre d'information. Le schma n'est pas un schma d'excution et ne devra pas tre utilis comme tel.

8.2

10.3

L M P Q S T

Niveau de remplissage Moteur Pression Qualit, analyse

Bas

9.0

11.0

10.0

12.0

Commande Temprature Vanne Action de la rgulation Contenu importante pour la scurit du schmaProjet

Installation quipe d'une chaudire vapeur avec brleur mixte et conomiseur intgr

Eau bruteN de plan

PI

Echelle

1Date Nom

10.1

13.0

V Z

Schma de base Vitomax 200 HS

Fig. 63 : Composants dune installation quipe dune chaudire vapeur

32

33

5 Dimensionnement

Dimensionnement

5.1 Pression et puissance Pour l'utilisation des fins techniques, les pressions sont gnralement indiques comme pressions effectives en bar. Le dbit de la chaudire vapeur est indiqu en kg/h ou en t/h. Il reprsente le dbit continu maximal possible de la chaudire et est not sur la plaque signaltique (fig. 65). Les accessoires sont adapts ce dbit. Le dbit continu minimal possible de la chaudire est dtermin par la puissance minimale du brleur.

Dtermination du dbit de vapeur Si les circuits consommateurs soutirent la chaudire plus de vapeur que le dbit continu maximal possible, des gouttelettes d'eau sont soutires en grande quantit de la chaudire. Ce phnomne nuit non seulement la qualit de la vapeur, mais encore induit une formation de dpts sur la robinetterie et autres composants implants dans la conduite de vapeur. En outre, la pression de vapeur diminue tout comme la temprature l'intrieur de la chaudire, ce qui risque parfois de perturber l'alimentation des circuits consommateurs. Il est donc important de connatre les circuits consommateurs alimenter par la chaudire et les besoins en vapeur concerns. Il ne faut pas oublier que l'on doit prendre en compte non seulement la vapeur ncessaire des fins de production, mais encore les besoins en nergie propre l'installation comme le traitement thermique de l'eau ou la vapeur de chauffage. L'addition des dbits partiels, prenant, le cas chant, en compte un coefficient de simultanit, est le dbit de vapeur minimal assurer (fig. 66). Il est galement ncessaire de parler avec le futur exploitant des questions de disponibilit ou de scurit (scurit d'un approvisionnement de base en cas de dysfonctionnement ou de travaux d'entretien, chaudire de rserve). Il est ainsi possible d'effectuer une rpartition judicieuse sur plusieurs chaudires.

Pression de travail La pression disponible au dpart de la chaudire est appele pression d'utilisation. La valeur qu'elle doit avoir est dtermine par les circuits consommateurs desservir et la conception du rseau de vapeur ncessaire la distribution. La pression au dpart de la chaudire devra donc tre toujours plus leve que celle ncessaire l'entre de l'appareil utilisateur.

Coefficient F

Pression de service [bar] sans conomiseur avec conomiseur, rendement de chaudire : 94 %

Fig. 64 : Gnrateur de vapeur haute pression Vitomax 200 HS (4 t/h, horticulture)

Fig. 66 : Coefficient de dtermination de la puissance du brleur au moyen du dbit de vapeur Puissance du brleur en kW = coefficient F - dbit de vapeur en kg/h Exemple : Dbit de vapeur : 10 000 kg/h, pression de service : 12 bar Fonctionnement sans conomiseur : Le coefficient F = 0,732 (voir graphique) donne une puissance du brleur de 7320 kW Fonctionnement avec conomiseur : Le coefficient F = 0,697 (voir graphique) donne une puissance du brleur de 6970 kW

Pression de service admissible (timbre) La pression de service admissible est la mme que la pression de tarage de la soupape de scurit et est indique sur la plaque signaltique. Elle indique la pression maximale possible laquelle la chaudire peut fonctionner. Pour permettre un fonctionnement de la chaudire le plus fiable possible, la diffrence entre la pression d'utilisation et la pression de service admissible devra tre au moins de 0,2 0,3 bar pour les chaudires vapeur basse pression et d'au moins 1,5 bar pour les chaudires vapeur haute pression.

dans le cadre de la directive europenne quipements sous pression. Le dimensionnement sera effectu selon les rgles de l'art. De 0,5 bar 1 bar, le dimensionnement sera effectu selon la directive europenne quipement sous pression mais avec des exigences moindres que pour les chaudires vapeur haute pression au dessus de 1 bar. L'quipement et la mise en place peuvent galement faire l'objet de conditions moins strictes. Les domaines d'utilisation des chaudires vapeur basse pression sont par exemple : - les boulangeries industrielles - les boucheries - les chauffages la vapeur Les gnrateurs de vapeur haute pression sont ralises sous forme de chaudires grand volume d'eau et d'une pression de service admissible de 1 25 bar. Les domaines d'utilisation des chaudires vapeur haute pression sont par exemple :

Pompes d'alimentation des gnrateurs de vapeur en eau d'alimentation La puissance ncessaire du moteur de la pompe sera dtermine selon la pression de service admissible du gnrateur de chaleur et du dbit d'eau vhiculer. Le besoin propre en lectricit de la pompe est donc fonction du dbit de vapeur et de la pression de service du gnrateur de vapeur un moment dtermin. Ils sont calculs selon la formule suivante :

P

g H V = = Puissance ncessaire [W] = Le dbit [m3/s] ncessaire l'alimentation de la chaudire (dbit vapeur x ~1,25) = Densit de l'eau [kg/m3] = Pression de refoulement [m] = Rendement de la pompe

P V H

Fig. 65 : Plaque signaltique

5.2 Besoins propres en nergie d'un gnrateur de vapeur - les industries agro-alimentaires (brasseries, laiteries) - les industries papetires - les industries pharmaceutiques - les industries des matriaux de construction Les besoins propres en nergie d'un gnrateur de chaleur sont pour l'essentiel dtermins par la puissance lectrique des dispositifs d'actionnement des diffrents composants principaux. Les principaux appareils consommateurs sont brivement dcrits dans ce qui suit.

Classification en chaudires vapeur basse pression et haute pression On appelle chaudires vapeur basse pression des gnrateurs de vapeur d'une pression de service admissible ne dpassant pas 1 bar. Jusqu' 0,5 bar, ces chaudires n'entrent pas

Il en dcoule que la puissance ncessaire de la pompe est directement proportionnelle tant la pression de refoulement qu'au dbit.

34

35

Dimensionnement

Dimensionnement

Brleur Le brleur comporte diffrents organes consommateurs d'nergie en fonction du type de combustible : - La turbine d'air comburant aspire l'air comburant du local chaufferie ou l'extrieur du local chaufferie par des gaines et alimente ainsi le brleur. - Si le combustible est liquide (fioul domestique, par exemple), il faut galement alimenter en lectricit les pompes fioul haute pression du brleur.

Les autres appareils consommateurs sont l'quipement de traitement chimique de l'eau, les servo-moteur des organes d'arrt et des vannes de rgulation, les pompes de conduites de bouclage des circuits de fioul, les lectrovannes de l'eau d'appoint et les petits appareils consommateurs comme l'clairage de l'armoire de commande l'clairage de secours du local chaufferie et l'clairage de l'installation. Pour minimaliser les besoins propres en lectricit, l'on installe souvent des moteurs lectriques variation de frquence. Si, par exemple, on divise par deux la vitesse d'une pompe pour obtenir la moiti du dbit, la puissance ncessaire du moteur de la pompe ne sera plus que d'un huitime. Dans le cadre des travaux d'tude, lanalyse des postes consommateurs est une condition importante pour l'emploi de variateurs de frquence.

En rsum : Il est toujours ncessaire de dfinir la puissance ncessaire aux utilisateurs et les conditions spcifiques existantes pour dterminer les besoins propres de la chaufferie.

5.3 Rgulation du niveau d'eau d'alimentation Les pompes d'alimentation de chaudire alimentent le gnrateur de chaleur en eau en fonction du dbit de vapeur demand. L'on distingue les rgulations de niveau action discontinue et action continue. La grandeur de rglage est le niveau de remplissage du gnrateur de vapeur.Armoire de commande

Vapeur vers le circuit consommateur

Chemine

Eau d'appoint

Gnrateur de vapeur avec brleurDgazeur thermique

Vanne de dsembouage

Pompe d'alimentation chaudire

Equipement de traitement chimique de l'eau (adoucisseur)Eau brute

Rgulation de niveau discontinueEau froide

Rservoir de condensats

Autres appareils consommateurs d'lectricit Si la chaudire est mise hors service, certains exploitants exigent d'obturer le conduit de fumes par un volet actionnement lectrique. Cette solution diminue le refroidissement de la chaudire. La vapeur sortant du gnrateur de chaleur est utilise pour l'alimentation de circuits de process et de chauffage. Les condensats sont, dans la plupart des cas, collects dans un rservoir de condensats intgr aux postes consommateurs puis reviennent au gnrateur de vapeur grce des pompes moteur lectrique. La puissance lectrique de la pompe condensats sera galement calcule selon la formule de la page 35.

Le niveau d'eau est rgul entre deux consignes rglables pompe arrt et pompe marche Le signal . de l'lectrode de niveau agit sur la pompe (fig. 67).


RefroidisseurRseau eaux uses

Retour des condensats de l'installation

Fig. 67 : Rgulation discontinue du niveau

Rgulation de niveau continue par vanne de rglage de l'eau d'alimentation Le but de la rgulation est de maintenir le niveau presque constant l'intrieur de la chaudire une consigne fixe. La valeur effective est dtecte en permanence par une sonde de niveau et compare la consigne dans un botier de rgulation. En cas de variations de la charge, l'ouverture ou la fermeture de la vanne de rglulation de l'eau d'alimentation rgule le niveau de consigne souhait. Un bipasse rglable assure un dbit minimal renvoy vers la bche alimentaire. Le dbit minimal permet de refroidir la pompe (fig. 68).Vapeur vers le circuit consommateurChemine

Besoins propres en vapeur Les besoins propres incluent galement la consommation de vapeur de chauffage alimentant l'quipement de traitement thermique de l'eau. L'eau d'appoint sortant de l'adoucisseur d'eau une temprature de 10C environ et les condensats des circuits consommateurs d'une temprature de 85C environ sont ports 102C avec de la vapeur pour vacuer dans l'atmosphre au travers de l'quipement de dgazage les gaz initialement dissous dans l'eau. L'eau d'appoint provenant de l'adoucisseur d'eau compense les pertes d'eau de l'installation, c'est dire les pertes par dconcentration et dsembouage ainsi que les pertes de condensats des appareils consommateurs de vapeur. Plus la part d'eau d'appoint est leve, plus des besoins propres en vapeur de chauffage sont importants. Les vapeurs vacues travers l'vent sont galement des pertes et seront compenses par de l'eau d'appoint.


Gnrateur de vapeur avec brleurDgazeur thermiqueEquipement de traitement chimique de l'eau (adoucisseur)Pompe d'alimentation chaudire

Bipasse Vanne de rgulation de l'eau d'alimentation

Vanne de dsembouage

Eau brute

Eau froide





Fig. 68 : Rgulation continue du niveau par vanne de rgulation de l'eau d'alimentation

36

37

Dimensionnement

Dimensionnement

Rgulation de niveau continue par vanne de rglulation de l'eau d'alimentation avec circuit de dcharge Si le dbit principal d'alimentation devait tre infrieur une certaine valeur, le clapet de dcharge (bipasse) s'ouvre de manire ce que le dbit minimal de pompe requis (pour refroidissement) puisse toujours tre assur (fig. 69).


Chemine

5.4 Procdure d'homologation des chaudires vapeur en France L'installation et l'exploitation de chaudires vapeur est soumise une rglementation stricte. Selon la puissance de l'installation, celle-ci est soumise dclaration ou autorisation au niveau de la prfecture. Ces dmarches sont effectuer par le propritaire ou l'exploitant dlgu. Les textes rglementaires sont issus pour la plupart de la rglementation europenne. Il est conseill de faire appel un organisme de contrle notifi, qui saura donner tous les conseils et instructions ncessaires, ds la phase projet.



Bipasse Vanne de rgulation de l'eau d'alimentation avec clapet de dcharge

Equipement de traitement chimique de l'eau (adoucisseur)Eau brute

Vanne de dsembouage


Rgulation de niveau continue par modulation de la vitesse de la pompeBallon d'clatement des purges

Eau froide



Le but de la rgulation est de maintenir le niveau l'intrieur de la chaudire une valeur de consigne fixe. Si la charge varie, le dbit de la pompe est adapt aux modifications des besoins par modulation de la vitesse (dans ce cas par variateur de frquence). Cette optimisation de la vitesse en fonction des besoins conomise de l'nergie lectrique. Il est en outre possible d'conomiser des organes de rglage en amont de la chaudire (fig. 70).


Fig. 69 : Rgulation de niveau continue par vanne de rgulation d'eau d'alimentation avec clapet de dcharge


Chemine



Bipasse

Equipement de traitement chimique de l'eau (adoucisseur)FU

Vanne de dsembouage


Eau brute

Eau froide


Ballon d'clatement des purges dconcentration



Fig. 70 : Rgulation de niveau continue par modulation de la vitesse de la pompe

38

39

Dimensionnement

6 Mise en place

5.5 Installation plusieurs chaudires Des installations plusieurs chaudires sont mises en uvre pour des raisons de scurit d'approvisionnements en vapeur, dans des tablissements hospitaliers pour la strilisation, par exemple ou si les besoins en vapeur connaissent des variations sur une certaine priode (jour/nuit, t/hiver). La question du nombre de chaudires monter dans une installation et de leur puissance n'est pas un aspect de scurit, mais doit tre prise en compte uniquement pour assurer l'approvisionnement en visant les cots de fonctionnement les plus bas possible. Dans le cas d'une installation une chaudire, il ne faut pas oublier que la plage de puissance de la chaudire n'est fonction que de la plage de rglage du brleur. Les brleurs gaz modernes peuvent tre rgls jusqu' 10 % environ de la puissance de la chaudire. Si les besoins en vapeur chutent en dessous de cette plage de rglage, la chaudire se met en attente. Une alimentation en vapeur en fonction des besoins est ainsi assure. Les installations quipes de plusieurs chaudires fonctionnent pour la plupart avec un dispositif de cascade. Le dispositif de cascade permet un fonctionnement des chaudires en fonction des besoins en vapeur au meilleur cot et une garantie des approvisionnements. Le fonctionnement au meilleur cot rsulte de la diminution des procdures de dmarrage du brleur et du fonctionnement des chaudires en plage de charge moyenne faibles pertes par les fumes. Chaque chaudire dispose de sa propre rgulation de chaudire et peut donc tre pilote et fonctionner en autarcie. Un automate programmable sera prvoir comme quipement de pilotage. Le dispositif de cascade, galement par automate programmable, sera plac un niveau suprieur aux diffrentes rgulations de chaudire. L'automate

6.1 Local Exigences de base Les chaudires devront tre mises en place l'intrieur de btiments, l'abri du gel, de la poussire et des gouttes d'eau. La temprature l'intrieur du local devra tre comprise entre 5 et 40C. L'aration (arrive d'air comburant) devra tre suffisante. On veillera ne pas aspirer de matires corrosives (comme les composs chlors ou halogns). Le plancher devra tre plat et suffisamment solide. La charge maximale devra prendre en compte le poids maximal en service, c'est--dire chaudire remplie et quipe. Les chaudires peuvent tre mises en place sans socle. Pour faciliter le nettoyage du local, un socle est toutefois conseill.13

14 3 1 12 6 1 2 3 4 5 Gnrateur de vapeur haute pression Brleur Armoire de commande Dsembouage Pompe d'alimentation (prendre en compte la hauteur d'installation de la bche alimentaire pour la dtermination) Tube de fumes Refroidisseur purge et dsembouage Bche alimentaire intgre au dgazeur Injecteur de vapeur Equipement de dosage Adoucisseur d'eau Chemine Ventilation haute Ventilation basse 4 5

2 7

Fig. 71 : Alimentation en vapeur de l'hpital AMH Chorzow (Pologne) : trois gnrateurs de vapeur haute pression Vitomax 200 HS de 2,4 t/h (8 bar) alimentent le chauffage, la blanchisserie et la strilisation

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programmable du dispositif de cascade dterminera la chaudire prioritaire et l'ordre des autres chaudires en cascade. Les chaudires qui sont, par exemple, en rvision ou qui ne sont pas ncessaires pour des raisons de besoins moindres en vapeur dprogramms de la cascade. La chaudire prioritaire sera automatiquement change en fonction de la programmation de l'automate au bout d'une certaine priode et selon un ordre dfini. La chaudire en rserve sera enclenche si la chaudire en service fonctionne une puissance de 80 %, par exemple, pendant une priode dfinie. Le brleur de la chaudire en cascade dmarre et, lorsque la pression de l'installation a t atteinte, la vanne motorise vapeur s'ouvre et la chaudire alimente le collecteur de vapeur. Une des chaudires sera arrte si la puissance chute en dessous de 35 %, par exemple. La chaudire secondaire s'arrte et la vanne motorise vapeur se ferme.

Les chaudires en rserve seront maintenues en pression une valeur infrieure la pression de vapeur ncessaire. Cette solution assure une disponibilit rapide de la chaudire en cas de demande et les parties sous pression sont protges de la corrosion l'arrt. Tous les paramtres de rglage pour la cascade sont dterminer indpendamment pour chaque installation et grer par l'automate programmable.

Rglementation Les rgles et prescriptions concernant l'implantation des gnrateurs de vapeur haute pression sont dcrites dans les diverses normes et directives europennes et nationales. De plus, il faut respecter la rglementation scurit incendie et relative au code du travail. En plus des exigences minimales en ce qui concerne les dgagements pour les manuvres et l'entretien, les issues de secours, l'vacuation des fumes, le stockage du combustible et les quipements lectriques, la rglementation dfinit les locaux o il est possible de monter des chaudires vapeur.

Fig. 72 : Exemple de local chaufferie

Il est interdit de monter des chaudires vapeur haute pression - l'intrieur, en dessous ou ct de locaux d'habitation, - l'intrieur, en dessous ou ct de locaux sociaux (lavabos, vestiaires et locaux de repos, entre autres) et de locaux de travail. La rglementation mentionne des conditions d'installation moins svres de mise en place en fonction de la capacit en eau et de la pression de service admissible, et le dbit maximal de vapeur. Il est conseill de contacter l'administration concerne selon le cas.

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Mise en place

Mise en place

6.2 Bruits mis Sources de bruits L'on entend par sons les oscillations et ondes mcaniques l'intrieur de vecteurs lastiques comme les solides (sons solidiens), l'air (sons ariens) et les liquides. Ces oscillations se produisent des frquences dtermines (= nombre d'oscillations par seconde). L'oreille humaine peroit des oscillations de 16 Hz environ (sons graves) 16 000 Hz environ (sons aigus). Tout son qui gne et perturbe l'homme est appel bruit. Pour viter les nuisances sonores, le lgislateur a dict des prescriptions de protection contre le bruit. Elles contiennent des valeurs limites et des procdures de mesure et d'valuation en fonction des diffrents environnements et des diffrentes heures de la journe.

2. Pige sons ct fumes Les piges sons ct fumes sont employs pour rduire les bruits de combustion (fig. 74). Pour assurer une bonne efficacit, le type de

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