brochure technique_chaudieres a vapeur

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9449 194 - F - 05/2008

Sous réserves de modifications techniques

climat d’innovation

Brochure technique

Les chaudières à vapeur

Sommaire

3

Page

1 Introduction 41.1 Objectif de cette brochure technique1.2 La vapeur d'eau dans l'histoire

2 Bases générales 52.1 Capacité calorifique de la vapeur2.2 Domaines d'utilisation de la vapeur2.3 Qu'est-ce que la vapeur ?

3 Production de la vapeur 93.1 Chaudières à vapeur3.2 Bases réglementaires3.3 Composants d'une chaufferie

4 Composants d'une chaufferie vapeur 154.1 Générateur de chaleur4.2 Brûleur4.3 Préchauffeur d'eau d'alimentation / économiseur4.4 Evacuation des fumées4.5 Traitement de l'eau4.5.1 Traitement chimique de l'eau4.5.2 Equipements à osmose4.5.3 Traitement thermique de l'eau par dégazage4.6 Traitement des condensats4.7 Ensemble de pilotage et de commande

5 Dimensionnement 345.1 Pression et puissance5.2 Besoins propres en énergie d'un générateur de vapeur5.3 Régulation du niveau d'eau d'alimentation5.4 Procédure d'homologation des chaudières à vapeur5.5 Installations à plusieurs chaudières

6 Mise en place 416.1 Local6.2 Emissions sonores6.3 Transport6.4 Mise en place

7 Fonctionnement 467.1 Modes de fonctionnement7-2 Normes et prescriptions pour le fonctionnement7-3 Service

8 Versions spéciales 508-1 Chaudières de récupération de chaleur8-2 Chaudières vapeur à surchauffeur

9 Installations de référence 51

10 Des méthodes de conception et de fabrication modernes assurent une qualité élevée 54

2

Usine pharmaceutique L.I.F.E de la société B. Braun Melsungen AG

Deux générateurs de vapeur hautepression Vitomax 200 HS fournissentjusqu'à 40 tonnes de vapeur par heure pour la fabrication de solutionsde perfusion.

5

2 Bases générales

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

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

Capacité calorifique (kJ)

Fig. 3 : Capacité calorifique de l'eau et de la vapeur d'eau

Fig. 4 : Bouilloire

2-1 Capacité calorifique de la vapeur

L'avantage de la vapeur comme fluidecaloporteur réside dans le fait qu'elleprésente une capacité calorifique net-tement supérieure à celle de l'eau(fig. 3).

Pour une masse et une températureidentiques, la chaleur contenue dansla vapeur est plus de 6 fois cellecontenue dans l'eau. Ceci est dû aufait que l'évaporation de l'eauconsomme une quantité d'énergieimportante contenue dans la vapeurproduite et qui est restituée lors de lacondensation.

Ce comportement est connu par lesbouilloires (fig. 4) : pour faire évaporerle contenu d'un récipient, il faut attendre assez longtemps pour que lachaleur produite par la plaque ou lefeu de la cuisinière soit absorbée.L'énergie fournie pendant ce tempssert uniquement à l'évaporation, latempérature de l'eau ou de la vapeurreste constante (100°C à la pressionatmosphérique) (fig. 5).

Il en résulte un avantage évident pourla vapeur comme fluide caloporteur :pour transmettre la même quantitéde chaleur, il faut déplacer seulementun sixième de la masse par rapport àde l'eau.

4

1 Introduction

Temps

Tem

pér

atu

re

Ebullition

Température d'ébullition

x = 0 x = 1

Fig. 5 : Processus d'ébullition

Fig. 1 : Machine à vapeur fixe

1.2 La vapeur d'eau dans l'histoire

La vapeur d'eau est connue depuisl'utilisation du feu ; elle a été et estproduite involontairement lors del'extinction du feu avec de l'eau oulors de la cuisson des aliments.

Les premières réflexions sur l'utilisation technique de la vapeursont attribuées à Archimède (287 - 212avant JC) qui a conçu un canon à vapeur. Léonard de Vinci (1452 - 1519)a effectué des premiers calculs dansce domaine et selon lesquels un boulet de 8 kilogrammes tiré par uncanon de ce type tomberait à 1250 menviron.

1.1 Objectif de cette brochure technique

L'objectif de la présente brochuretechnique est de communiquer lesbases pour l'utilisation de la vapeurd'eau et de sa production dans leschaudières à vapeur. Les caractéristiques de la vapeurétant fortement différentes de cellede l'eau habituellement employéecomme fluide caloporteur dans lechauffage, nous commençons parquelques considérations de baseconcernant le fluide "vapeur" et laproduction de la vapeur avant de présenter les différents composantsd'une installation équipée de chau-dières à vapeur et de donner desconseils sur le dimensionnement, lamise en place et le fonctionnement.

Cette brochure technique traite exclu-sivement de la production de vapeuret n'aborde pas les chaudières à eausurchauffée. Son contenu concerne la production de vapeur par deschaudières fixes (fig. 1) et ignore volontairement les particularités de la production mobile, sur les navires,par exemple. Les normes et lois mentionnées sont basées sur des réglementations européennes. Le présent document contient égale-ment des considérations basées surles prescriptions allemandes et quipeuvent être reprises sous certainesconditions dans d'autres pays.

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

On attribue à Denis Papin la conceptionpratique de l'autoclave (vers 1680).Ce premier réservoir à pression a étédéjà équipé d'une soupape de sécuri-té après l'explosion d'un prototypelors des premiers essais.

L'utilisation de la machine à vapeur à partir de 1770 environ a rendu né-cessaire d'étudier plus attentivementle fluide de travail vapeur d'eau d'unpoint de vue théorique et pratique.L'on compte parmi les praticiens James Watt et Carl-Gustav Patrik deLaval qui se sont tous deux enrichisen commercialisant leurs machines.

7

Bases générales

Vapeur humide, vapeur surchauffée,vapeur saturée

Si l'on fait évaporer de l'eau dans un environnement assez froid en l'alimentant en chaleur, une partie del'eau à l'état de gaz se condense sous forme de fines gouttelettes. La vapeur d'eau est alors composéed'un mélange de fines gouttelettes etd'eau invisible à l'état de gaz. Ce mélange est appelé vapeur humide(fig. 7).

Dans le graphique T-s de la fig. 8, lazone de la vapeur humide s'étendjusqu'au point critique à 374°C et211,2 bar.

Au dessus de cette température, lavapeur d'eau et l'eau liquide ont lamême densité et cet état est donc appelé “surcritique”. Il n'est pas im-portant pour l'emploi de chaudières à vapeur. L'eau surcritique présente,d'un point de vue chimique, des pro-priétés particulièrement agressives.En dessous de ce point, la vapeurd'eau est donc “sous-critique” et setrouve en équilibre avec l'eau liquide.Si elle continue à monter en température dans cette zone aprèsévaporation complète du liquide pour dépasser la température d'évaporation correspondante, il seforme de la valeur surchauffée. Cette forme de vapeur ne contient plus de gouttelettes d'eau et est physiquement un gaz et invisible.

La zone séparant la vapeur humide etla vapeur surchauffée est la vapeursaturée ou, pour faire une différenceavec la vapeur humide, la vapeursèche dans certains cas. La plupartdes valeurs des tableaux de la vapeurd'eau se rapportent à cet état.

Eau Vapeur humide Vapeur

Ebullition

Apport de chaleur

Convection à l'intérieur de la chaudièreà vapeur

x = 0 x > 0 x = 0,2 x = 0,8 x < 1 x = 1

Exemple : x = 0,8 signifie que 80 % de l'eau est sous forme de vapeur

Fig. 7 : Vapeur humide, vapeur surchauffée, vapeur saturée

6

Bases générales

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

2.2 Domaines d'utilisation de la vapeur

La vapeur est employée comme vecteur d'énergie et vecteur de substances chimiques dans un grandnombre de domaines de la produc-tion industrielle. Les domaines d'utilisation typiques sont entreautres les industries papetières et de matériaux de construction, les raffineries, l'industrie pharmaceutiqueet les industries agroalimentaires. La vapeur actionne des turbines pourproduire de l'électricité, vulcanise lesproduits en caoutchouc et stérilise lesemballages

Domaines d'utilisation typiques pour la vapeur produite par des installations fixes :

- turbines à vapeur,- chauffages à vapeur (fluide

caloporteur),- processus chimiques : vecteur

d'énergie et vecteur des réactifs,- industries agroalimentaires

(fabrication de jus de fruits, fabrica-tion de pâtes, fromageries, laiteries,boulangeries industrielles), pour lastérilisation également,

- production d'engrais,- vulcanisation d'articles en

caoutchouc,- industries pharmaceutiques pour la

stérilisation et comme vecteur desubstances thérapeutiques,

- industries des matériaux deconstruction,

- industries papetières,- raffineries (craquage du pétrole),- transformation du bois (formage du

bois),- réalisation d'une dépression par

expulsion de l'air puis condensation

La production de la vapeur destinée à l'utilisation industrielle et son “maniement” se distinguent fortement dans quelques points, de la production habituelle de chaleur dans le chauffage avec de l'eau comme fluide caloporteur.La production de vapeur haute pression dans le domaine des puissances élevées en particulier exige un équipement spécial des installations.

Tem

pér

atu

re[°

C]

0,0 2,0 4,0 6,0 8.0 10,0

100

0

–100

–200

–273

200

300

400Point critique

Entropie [kJ/(kg.K)]

x = part massique de la vapeur [%]

Modification d'état de l'eau à 100°C et 1 bar de pression

Chaleur d'évaporation : 2250 kJ/kg

x =0%

x=

20%

x=

40%

x=

60%

x=

80%

x=

100%2.3 Qu'est-ce que la vapeur ?

La présente brochure technique netraite pas des mélanges d'air et devapeur d'eau, mais exclusivement devapeur sèche produite dans des systèmes en circuit fermé (chaudièresà vapeur).

La vapeur est produite par évaporationou sublimation à partir de la phase liquide ou solide.

Dans le sens physique, la vapeurd'eau est de l'eau sous forme de gaz.

Avec le temps, il s'établit lors del'évaporation de l'eau un équilibredynamique où autant de particules dela phase liquide ou solide passent enphase gazeuse et inversement. La vapeur est alors saturée. Le nombrede particules passant d'une phase àl'autre est fortement fonction de lapression et de la température du système considéré.

Fig. 6 : Valeurs matière

Température [°C]

Pointd'ébullition normal

Pointcritique

Pre

ssio

n[b

ar]

0,006

1

221,2

100 374,150,01

Liquéfaction de la glace sous pression

Point triple

Point de fusion

Isotherme critique

Valeurs matière (Fig 6):

Densité à 100°C et 1,01325 bar :0,598 kg/m3

Capacité calorifique spécifique : cP = 2,08 kJ(kg.K)

Conductivité calorifique : > 0,0248 W(m.K)

Point triple : 0,01°C soit 273,165 K à 0,00612 bar

Point critique : 374,15°C à 221,2 bar

9

3 Production de la vapeur

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

3-1 Chaudières à vapeur

Une chaudière à vapeur est un vasefermé qui sert à produire de la vapeurà une pression supérieure à la pres-sion atmosphérique. Le confinementde la vapeur fait monter la pressionet donc la température d'ébullition.La quantité d'énergie contenue dansla vapeur produite augmente égale-ment (fig. 10).

Les différents types de chaudières sedistinguent soit par leur forme, soitpar le type d'équipement de chauffeou le combustible.

Les générateurs de vapeur sont définis non seulement par leur type,mais encore par leur débit de vapeuret leur pression de service maximale.Pour produire de la vapeur hautepression à des puissances assez éle-vées, il existe pour l'essentiel deuxtypes : la chaudière à tubes d'eau etla chaudière à tubes de fumées (appelée également chaudière àgrand volume d'eau). Sur la première,l'eau se trouve à l'intérieur des tubesqui sont léchés à l'extérieur par lesgaz de combustion. Cette version serencontre habituellement sous la forme de générateurs instantanés devapeur jusqu'à 30 bar environ ou dechaudières à tubes d'eau jusqu'à 300bar environ.

Ces pression ne peuvent pas êtreproduites par les chaudières à tubesde fumées, du fait de leur principe.Dans ces chaudières, les gaz de combustion traversent les tubes quibaignent dans l'eau (fig. 11). Selonleur modèle, ces chaudières présen-tent une pression de service allantjusqu'à 25 bar environ et fournissent25 tonnes de vapeur par heure, parexemple. La version chaudière àtubes de fumées permet de remplirefficacement et économiquement lagrande majorité des exigences posées à la production de vapeurdans le processus de fabrication industrielle, en particulier en ce quiconcerne la pression et le débit de vapeur. Cette version est égalementemployée pour la production de vapeur basse pression (jusqu'à 1 bar).

8

Condensation et retard d'ébullition

Si l'on refroidit de la vapeur, l'on atteindra à un certain moment lepoint de rosée où la vapeur est à nouveau saturée et, si l'on continue à la faire descendre en température,où elle redevient un liquide. Dans lecas du passage direct de l'état gazeux à l'état solide, c'est-à-dire,d'une resublimation, ce point est appelé point de congélation. Si la vapeur est refroidie en dessous dupoint de rosée sans qu'il n'y ait decondensation, il se produit une sursaturation. La raison en est l'ab-sence de germes de condensationcomme les particules de poussière ou de glace.

Dans le “sens inverse”, l'ébullitionpeut être retardée : l'eau ne contenantpas de particules de poussière ou debulles de gaz peut monter en tempé-rature au dessus du point d'ébullitionsans qu'elle ne se mettre à bouillir.Des perturbations minimes induisantun brassage peuvent provoquer uneséparation explosive des phases liquide et de vapeur, c'est ce que l'onappelle retard d'ébullition.

Les dangers causés par la vapeurd'eau

De faibles quantités de vapeur d'eau peuvent transporter de grandes quantités de chaleur et donc d'énergie. C'est la raison pourlaquelle le potentiel destructeur des appareils véhiculant de la vapeurcomme les générateurs de vapeur et les conduites est considérable.

Une chaudière à vapeur courantedestinée à l'usage industriel est unvase fermé. C'est-à-dire que la vapeur s'y trouve en règle générale à une pression supérieure à la pression atmosphérique. Alors qu'àla pression ambiante, un litre d'eauproduit 1700 litres de vapeur environ,ce volume est réduit à 240 litres à 7 bar.

Bases générales

Fig. 9 : Courbe de point d'ébullition de la vapeur d'eau

Température [°C]

Val

eur

surc

hau

ffée

0 100 200 300 400

Pre

ssio

n[b

ar]

0,01

1

100

Point triple

Point critique

Vapeur

Liquide

On comprend facilement que si l'on ouvre le réservoir, il se produit brutalement une expansion du volume entraînant des risques enconséquence.

La vapeur d'eau (à l'état de vapeursurchauffée) qui s'échappe à unetempérature et à une pression élevées d'une conduite en mauvaisétat est invisible et peut former un jet d'une longueur considérable.Un contact avec ce jet est mortel parsuite des brûlures occasionnées.

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

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

Capacité calorifique [kJ]

Fig. 10 : Capacité calorifique de la vapeur d'eau

Fig. 13 : Vitomax 200-HS - Générateur de vapeurhaute pression, type M235, débit de vapeur : de 4,0 à 25,0 t/h

Fig. 12 : Vitomax 200-HS - Générateur de vapeurhaute pression, type M237, débit de vapeur : de 0,5 à 3,8 t/h

11

Production de la vapeur

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

10


3.2 Bases réglementaires

Dès 1985, est apparue la nécessité de réglementations techniques com-munes destinées à créer un marchéintérieur européen sans entravespour le commerce. Jusqu'en 1997 cependant, les pays membres del'Union Européenne ont conservé des prescriptions nationales sur la fabrication d'appareils à pression etdonc également des générateurs devapeur.

Pour les appareils à pression, est entrée en vigueur le 29 mai 1997 la directive 97/23/CE du ParlementEuropéen et du Conseil du 29 mai1997 portant harmonisation des prescriptions juridiques des états-membres sur les appareils à pression(DESP) avec un délai de transpositionde 5 années pour les états-membres.

La DESP est valable pour toutes leschaudières à vapeur d'une pressionde service maximale dépassant 0,5bar ou d'une température de servicede plus de 110°C et d'un volume deplus de 2 litres. Pour les indicationsde volume, il est à noter qu'il fauttoujours considérer le volume totalde la chaudière à vapeur.

La DESP ne s'applique pas aux chaudières à vapeur dont la pressionde service est inférieure à 0,5 bar etoù la température de service est inférieure à 110°C. La directive appareils à gaz, par exemple, est en vigueur pour ces appareils.

La DESP réglemente toutes les procé-dures jusqu'à la mise en circulationde l'appareil à pression. Outre l'appareil à pression lui-même, tousles équipements de sécurité et les équipements de maintien de la pression entrent dans le cadre de cette directive.

L'annexe II de la DESP classe en catégories les appareils à pression àéquipement de chauffe (chaudières àvapeur) (fig. 14).

L'organisme chargé du contrôle éta-blit une déclaration de conformité àl'issue d'un contrôle final positif selon le module G.

Dans la déclaration de conformité(fig. 17), le fabricant déclare que legénérateur de vapeur remplit les exigences en vigueur de la directiveappareils à pression ou, le caséchéant, d'autres directives impor-tantes. Pour indiquer la conformité à ces exigences, le fabricant apposele marquage CE sur la chaudière.

Pour les chaudières de série, une fabrication selon module B (examende type CE) est possible. Dans le casde ce module, le fabricant réalise luimême les contrôles sur chaque chaudière. La condition est que le fabricant possède un système d'assu-rance qualité homologué pour la fabrication, le contrôle final et tousles contrôles liés à la fabrication etqu'il soit suivi par un organisme certifié.

La mise en place du marquage CE,l'établissement de la déclaration deconformité par le fabricant et l'attes-tation des contrôles selon le moduleà dériver de la fig. 14 permettent à lachaudière d'être mise en circulationdans les états-membres de l'UnionEuropéenne sans obstacles commer-ciaux. Les états-membres de l'UnionEuropéenne doivent supposer que lachaudière répond à toutes les dispo-sitions de la directive en vigueur, ladirective appareils à pression, parexemple (déclaration de conformité).

Pour les états non membres del'Union Européenne et qui ne recon-naissent pas la directive appareils àpression, des conventions spécialesdoivent être passées entre le fabri-cant et l'organisme de surveillancecompétent dans le pays.

0,51

3

10

100

1000

2532

0,1 1 26,25

10 100 400 1000 10 000 V [litres]

PS = 32

PS[bar]

IVIIIIII

PS·V

= 3000

PS·V

= 200

PS·V

= 50

V=

1000

PS = 0,5

Art

icle

3,p

arag

rap

he

3

Fig. 14 : Graphique de la directive appareils à pression modifié selon EHI (Association de l'Industriedu chauffage européenne, manuel d'application de la directive appareils à pression 97/23/CE)

Les chaudières à vapeur haute pres-sion de la série Viessmann Vitomax200-HS et les chaudières à vapeurbasse pression Vitomax 200-LS sontclassées dans la catégorie IV du graphique par suite de la formule :

pression • volume.

Seules les chaudières de la série Vitoplex 100-LS (générateurs de vapeur d'une pression de servicemaximale de 1 bar) et d'une capacitéde moins de 1000 litres entrent dansla catégorie III.

Les catégories de modules possiblesselon DESP sont également dérivéesdes catégories III ou IV.

Les catégories de modules réglemen-tent les contrôles que le fabricant

peut réaliser lui même et ceux quisont à effectuer par un organisme indépendant (“organisme notifié” selon DESP).

Les générateurs de vapeur hautepression Viessmann de la catégorieIV sont de préférence contrôlés selonle module G. C'est-à-dire qu'un “organisme notifié” missionné par lefabricant effectue tous les contrôlessur la chaudière. Les contrôlesconsistent en un contrôle du projet(contrôle du calcul de la partie souspression et de la conception selon lesexigences de la norme), un contrôledes procédés de fabrication, une surveillance de la construction, uncontrôle de solidité (essai de pression)et d'un contrôle final.

Fig. 15 : Installation équipée de trois Vitoplex - un générateur de vapeur basse pression et deux chaudières à eau chaude

Fig. 17 : Déclaration de conformité pour chaudières

13

Production de la vapeurProduction de la vapeur

12

CheminéeVapeur vers lescircuits consommateurs

Retour des condensatsdes circuits consommateurs

Armoire decommande

Eau d'appoint

Eaubrute

Pompealimentairede lachaudière

Bipasse

Traitement thermique de l'eau(dégazage total)

Traitementchimiquede l'eau(adoucissement)

Réservoir condensats

Vanne dedésembouage

Ballon d'éclatementdes purges Refroidisseur de purges et vidange

Eau de refroidissement

Evacuation eaux usées

Générateur de vapeuravec brûleur

Vanne deréglage eaud'alimen-taire

3.3 Composants d'une chaufferie

Une chaufferie opérationnelle secompose non seulement du généra-teur de vapeur avec tous ses organesde sécurité, de réglage, d'affichage etd'isolement, mais encore de groupessupplémentaires nécessaires au fonctionnement (voir fig. 63, pages32/33).Le présent chapitre récapitule et décrit l'interaction entre les groupes.Les détails des groupes sont décritsdans ce qui suit. Une chaufferie typique est constituée des compo-sants principaux suivants :

1. Local chaufferie

Le local chaufferie sera à réaliser selon les règlementations en vigueur.La chaufferie devra comporter desouvertures nécessaires pour l'aéra-tion et l'arrivée d'air de combustion,un éclairage et aussi des portes decommunication avec l'extérieur.

Fig. 18 : Composants d'une chaufferie à vapeur

Fig. 19 : Générateur de vapeur haute pressionVitomax 200-HS, type M237, débit de vapeur :de 0,5 à 3,8 t/h

Fig. 20 : Générateur de vapeur haute pressionVitomax 200-HS, type M235, débit de vapeur :de 4,0 à 25,0 t/h

2. Générateur de vapeur

Le générateur de vapeur est défininon seulement par son type, mais encore par son débit de vapeur et sapression de service maximale. Le générateur de vapeur devra comporter des organes de sécurité,de réglage, d'affichage et d'isole-ment, un module de pompe d'eau alimentaire, un équipement de chauffe (brûleur) et un dispositif decommande. La sélection des diffé-rents composants est fonction dumode de fonctionnement de l'instal-lation souhaité par l'exploitant et des combustibles.

3. Economiseur

Le générateur de vapeur sera com-plété par un préchauffeur d'eau d'alimentation (économiseur - ECO)intégré ou monté en aval et destiné à augmenter le rendement de chaudière. L'eau d'alimentation estchauffée par les fumées à l'intérieurde l'économiseur, ce qui refroidit lesfumées (fig. 21).

4. Alimentation en combustible

En France et dans les pays voisins, le fioul domestique et le gaz naturelsont depuis des années les principauxcombustibles utilisés. Les autrescombustibles comme le fioul lourd,les huiles usées, les GPL, les biogaz,le gaz de hauts-fourneaux, etc. res-tent limités à des cas particuliers.L'alimentation en combustible pourle fioul domestique comprend lescuves de stockage, les dispositifs deremplissage, les cuves intermé-diaires, les pompes à fioul (fig. 22),les conduites fioul avec robinetterieet les organes d'arrêt de sécurité.Dans le cas du gaz, l'on prévoira unevanne à fermeture rapide pour le bâtiment, les conduites de gaz à l'intérieur du local chaufferie, lesconduites d'aération et de purge d'airet la rampe à gaz (fig. 23).

Fig. 21 : Générateur de vapeur haute pression fioul/gaz Vitomax 200 HS à économiseur intégré aucollecteur de fumées, débit de vapeur : de 4,0 à 25,0 t/h

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

Fig. 23 : Rampe à gaz

4 Composants d'unechaufferie vapeur

15

4-1 Générateurs de vapeur

Dans notre pays, plus de 50 % desgénérateurs de vapeur haute pres-sion en service sont des chaudières à grand volume d'eau et à triple parcours de fumées, comme les gé-nérateurs de vapeur haute pressionVitomax 200 HS (fig. 26 et 27).

La version à triple parcours de fumées permet d'obtenir une com-bustion à dégagements polluantsparticulièrement faible et donc respectant l'environnement. Les gazde chauffe sortant de la chambre decombustion traversent une chambred'inversion refroidie par eau et entrent dans le deuxième parcours.Une chambre d'inversion supplémen-taire placée dans la zone de la portede chaudière avant, dirige les gaz decombustion dans le troisième parcours qui constitue les surfacesd'échange. Les gaz de chauffe quittantla chambre de combustion par lachambre d'inversion placée en partiearrière et aucun reflux de gaz de combustion n'entourant le centre dela flamme, celle-ci peut céder davan-tage de chaleur et est donc mieux refroidie. Cette solution et le tempsde passage court des gaz de combustion dans la zone de réaction réduisent la formation d'oxydesd'azote.

Le principe de conception des chaudières à grand volume d'eau sedistingue par une capacité en eau importante, une grande chambre devapeur et, de ce fait, un excellentpouvoir de stockage. La chaudière garantit ainsi une alimentation stableen vapeur même si la charge présentedes variations importantes et decourte durée.

La grande surface d'évaporation associée à une chambre de vapeur deformes adaptées et au séparateur degouttelettes intégré assure une vapeursèche.

Les trois parcours de fumées garan-tissent un débit de vapeur élevé pourde faibles durées de montée en température.

Fig. 26 : Générateur de vapeur haute pression fioul/gaz Vitomax 200 HS à économiseur intégré aucollecteur de fumées, débit de vapeur : de 4,0 à 25,0 t/h


14

Fig. 24 : Cheminée (source ASETEC)

5. Evacuation des fumées

On prévoira les conduits de fuméesentre la chaudière / l'économiseur etla cheminée, les pièges à sons et lacheminée.

6.Traitement chimique de l'eau

Le type de traitement de l'eau estfonction des points suivants :

- composition chimique de l'eau brute,

- qualité des condensats,- quantité des condensats retournant

à la chaudière,- exigences en matière de qualité de

la vapeur,- taux de déconcentration du

générateur de vapeur

Le procédé nécessaire pour le traite-ment de l'eau sera sélectionné sur labase de ces critères.Le traitement de l'eau comprend également les dispositifs de condi-tionnement de l'eau alimentaire.

7 -Traitement thermique de l'eau

Des dispositifs de dégazage thermiquesont nécessaires, pour éliminer lesgaz nocifs pour le fonctionnement dela chaudière, dissous dans l'eau comme l'oxygène et le dioxyde decarbone. L'augmentation de la tem-pérature réduit la dissolution de cesgaz dans l'eau, la teneur en gaz del'eau alimentaire diminue.

8 - Appareils thermiques

Le traitement thermique comprenddes dispositifs d'élimination des gazqui se trouvent dans l'eau comme unéquipement de dégazage total, desréservoirs de refroidissement del'eau de désembouage et de décon-centration du générateur de vapeur,des échangeurs de chaleur pour récupération de l'énergie de l'eau dedéconcentration et des réservoirs decollecte des condensats, y comprisles pompes à condensats correspon-dantes

Fig. 25 : Pied de cheminée

9 - Surchauffeurs

Les surchauffeurs servent à fairemonter la température de la vapeurau dessus de la température de saturation (voir également page 50,point 8-2 Chaudières vapeur à surchauffeur).

10 - Conduites

L'ensemble des conduites, de la robinetterie, des répartiteurs de vapeur et des conduites de drainagenécessaires au transport des fluidessont également à considérer commedes composants de la chaufferie.

Tous les composants mentionnés seront pris en compte par les organismes de surveillance lors de la réception d'une installation.

Fig. 27 : Chaudière à triple parcours de fumées Vitomax 200 HS

1er parcourschambre de combustion

2e parcours

3e parcours

1716

Composants d'unechaufferie vapeur

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

Fig. 29 : Chaudière à vapeur équipée

La transmission de la chaleur est répartie comme suit à l'intérieur desparcours :

- 1er parcours et chambre d'inversion :35 % environ

- 2e et 3e parcours : 65 % environ

La conception des Vitomax 200 HS se distingue par les particularités suivantes :

- combustion à faibles dégagementspolluants avec faibles émissionsd'oxydes d'azote grâce à de faiblescharges de la chambre de combus-tion

- la grande chambre de vapeur et lagrande surface d'évaporation ainsiqu'un séparateur de gouttelettes intégré augmentent la qualité de lavapeur

- travaux de maintenance très aisésgrâce à la chambre d'inversion arrièrerefroidie par eau sans briquetage

- grande porte de nettoyage- le dessus de chaudière praticable

facilite les travaux de montage etprotège l'isolation des endommage-ments (fig. 28)

- fiabilité élevée et longévité impor-tante grâce à de larges lames d'eauet à des écarts importants entre lestubes de fumées

- les capacités en eau importantes assurent une bonne irrigation et debonnes transmissions calorifiques

- faibles déperditions par rayonne-ment grâce à 120 mm d'isolation età une paroi avant refroidie par eau

- faible contre-pression côté fuméesgrâce aux surfaces d'échange réali-sées en tubes de fumées de grandesdimensions

Les débits maximaux des générateursde vapeur sont définies par la normeeuropéenne EN 12953 et sont uneobligation pour les fabricants.

Il est possible de fabriquer des chaudières jusqu'à un débit de 25 t/h avec une combustion au gaz et jusqu'à 19 t/h avec le fioul. Les pressions de service maximales autorisées peuvent aller jusqu'à 25 bar selon la puissance des chaudières.


Fig. 32 : Vanne de déconcentration

Fig. 31 : Vanne automatique de désembouage périodique de la chaudière

Le générateur de vapeur comprendles organes de sécurité, de réglage,d'affichage et d'isolement, le modulepompe alimentaire, l'équipement dechauffe (brûleur) et une armoire decommande pilotant tous les disposi-tifs de réglage et de commande spécifiques à la chaudière. La sélection de ces composants àajouter au générateur de vapeur estfonction du mode de fonctionnementde l'installation souhaité par l'exploi-tant et des combustibles.

Les vannes de désembouage et dedéconcentration montées sur le générateur de vapeur sont d'une importance particulière. Elles sont nécessaires pour assurer un fonction-nement durablement fiable de lachaudière à vapeur. Pendant le fonc-tionnement, il se forme à l'intérieurde la chaudière des dépôts de bouequi doivent être enlevés périodique-ment. Cette opération est effectuéepar une vanne de désembouage (fig. 31) qui fait sortir de l'eau dechaudière de la partie basse de lachaudière. Si cette vanne est ouverted'un coup, l'écoulement rapide d'eauenlève efficacement les boues de lapartie basse de la chaudière.

Pendant la production de vapeur, lessels dissous dans l'eau par dosagerestent et augmentent la teneur ensels de l'eau de chaudière. Une teneuren sels excessive induit la formationd'une croûte solide, détériore lestransmissions calorifiques et pro-voque la corrosion de la chaudière etla formation de mousse, cette mous-se risquant d'être entraînée par l'eaudans la partie production de vapeur.La qualité de la vapeur diminue et lesaccumulations d'eau soumettent larobinetterie à des contraintes. De plus, les régulateurs de niveaud'eau assurant un niveau d'eau suffi-sant à l'intérieur de la chaudière nefonctionnent plus correctement. Les vannes de déconcentration ontdonc comme rôle d'empêcher toutdépassement de la teneur en sels admissible. Une électrode de déconcentration implantée dans lachaudière mesure la teneur en sels etouvre la vanne de déconcentration sila valeur de consigne est dépassée.

Dans certains pays, les organismesd'homologation exigent à partird'une puissance de chaudière de 12 MW avec le fioul et de 15,6 MWavec le gaz, des points de mesurecontrôle de la température de lachambre de combustion. Ces pointsde mesure peuvent être intégrés sansproblème au Vitomax 200 HS.

Fig. 30 : Distribution de la vapeur


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Brûleurs à pulvérisation par injectionde vapeur

Le fioul est pulvérisé dans la tête debrûleur à l'aide de vapeur. Ce type debrûleur est habituellement employépour les très grandes puissances.

Brûleurs à pulvérisation à coupellerotative

Le fioul est amené dans une coupellesoumise à une mouvement de rotationtrès rapide. Le mouvement de rota-tion et la forme conique de l'intérieurde la coupelle dirigent le fioul vers lachambre de combustion et le fioul estfinement pulvérisé au bord de la coupelle par la force centrifuge et parl'air sortant à grande vitesse. Les brûleurs à pulvérisation par forcecentrifuge sont de préférence employés avec du fioul lourd (fig. 35).Ils peuvent également être employéspour le fioul léger, les résidus d'huilecomme les mélanges huiles/corpsgras ou les résidus de dégraissage,les graisse animales, de friture ainsique pour l'huile de colza.

- Combustibles gazeux

Entrent en considération la familledes gaz naturels. Les gaz de pétroleliquéfiés et les gaz de ville ne sontpas étudiés plus avant par suite deleur faible utilisation.

Le gaz naturel se compose principale-ment de méthane (CH4). Les compo-sitions varient selon le gisement. Habituellement, le gaz naturel contiententre autres des gaz inertes (compo-sants non combustibles) et d'autreshydrocarbures lourds. Le gaz naturelest plus lourd que le gaz de ville,mais plus léger que l'air.

Gaz naturel EH : PCI = 36 MJ/kgGaz naturel EL : PCI = 32 MJ/kg

Il est dans de nombreux cas, possibled'ajouter du biogaz ou du gaz de fer-mentation, les deux gaz peuvent sou-vent brûler sans adjonction de gaznaturel. Il ne faut pas oublier que les

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Fig. 34 : Vues en coupe d'un brûleur à pulvérisa-tion par pression (source Weishaupt)

Fig. 33 : Brûleur à pulvérisation par pression(source Weishaupt)

4.2 Brûleur

Les brûleurs ont comme rôle detransformer l'énergie contenue dansles combustibles en chaleur utile. Habituellement, les chaudières àgrand volume d'eau fonctionnent aucombustibles liquides et/ou gazeux.Dans de rares cas, l'on brûle égale-ment de la poussière de charbon oudu bois, étant peu répandus, cesdeux combustibles ne sont pas traitésdans le présent document.

Air de combustion

Le gaz ou le fioul ne brûlent que sil'on apporte de l'oxygène (air). C'est pourquoi un ventilateur d'air decombustion équipe chaque brûleur.Selon le montage, on fait la distinc-tion entre les brûleurs monoblocs etles brûleurs biblocs (monobloc : turbine montée sur le brûleur, bibloc :turbine indépendante).

La turbine d'air de combustion a pourrôle de fournir le débit d'air nécessaired'un point de vue stoechiométriqueplus un supplément d'environ 10 %pratiquement nécessaire et de vaincreles contre-pressions dues à l'installa-tion. Il s'agit entre autres de la contre-pression de la chaudière, du brûleur,de l'économiseur et du piège à sonssur les fumées.

La température de l'air aspiré devraêtre comprise entre 5°C et 40°C pourassurer une combustion à faibles dégagements polluants et une longé-vité importante de la chaudière et dubrûleur. En outre, l'air ne devra pascontenir de composants corrosifscomme les composés chlorés ou halogènés.

– Fioul

Les fiouls sont classés dans les caté-gories suivantes :fioul domestique : PCI = 42,7 MJ/kgfioul lourd : PCI = 40,2 MJ/kg

- Brûleurs mixtes

Il s'agit habituellement de brûleursqui peuvent fonctionner au gaz ou aufioul. Le passage est effectué manuel-lement ou automatiquement sur labase d'heures de délestage indiquéespar le fournisseur de gaz, par exemple,et qui rendent nécessaire un passageprovisoire au fioul. Cette version estsurtout rencontrée sur les installationsde taille assez importante, pour assurerl'approvisionnement.

Fig. 35 : Brûleur à pulvérisation à coupelle rotative

Fig. 36 : Brûleur gaz (source Weishaupt)

Fig. 37 : Brûleur mixte (source Weishaupt) Fig. 38 : Brûleur mixte fioul / gaz en place surune Vitomax 200 HS (source SAACKE)

mélanges modifient le PCI, il est doncnécessaire d'adapter le brûleur oud'employer un brûleur spécial. Enrègle générale, le type d'installationdoit prendre en compte la teneur ensoufre des gaz employés puisqu'il faut,le cas échéant, mettre en œuvre desmatériaux de qualité particulièrementélevée comme l'acier inoxydablepour la robinetterie gaz.

La composition des fiouls varie selonles pays. Il existe en outre et en parti-culier dans les pays non européensdes fiouls qui n'entrent pas dans cescatégories mais qui, sont habituelle-ment brûlés. Les versions de brûleursvarient selon le type de fioul. On distingue les brûleurs à pulvérisationpar pression, les brûleur à pulvérisa-tion par la vapeur et les brûleurs àpulvérisation à coupelle rotative.

Brûleurs à pulvérisation par pression

Le fioul comprimé par une pompe estpulvérisé sous forme de brouillardpar un gicleur. Ces brûleurs sont principalement employés pour pulvériser du fioul léger (fig. 33 et34).


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L'économiseur en aval nécessite enplus des vannes d'arrêt pour l'entréeet la sortie de l'eau d'alimentation,une soupape de sécurité et un mano-mètre et est à considérer comme uncomposant indépendant selon la directive appareils à pression.

Pour utiliser de manière optimale lachaleur contenue dans les fumées, il est également nécessaire dans lecas de générateurs de chaleur à éco-nomiseur d'employer des brûleursmodulants et une régulation d'eaud'alimentation à action progressive.Cette solution assure que la chaleurdes fumées produite pendant le fonc-tionnement du brûleur soit utilisée enpermanence pour préchauffer l'eaud'alimentation.

En égard à l'amélioration du rende-ment de la chaudière rendu possibleavec l'économiseur et aux économiesde coûts de combustible induites, lesinstallations nouvelles devraient tou-jours être équipées d'un économiseur.

Fig. 43 : Chaudière à vapeur Vitomax 200 HS à économiseur monté en aval (à droite)


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4.3 Préchauffeur d'eau d'alimentation /économiseur

Un économiseur est un échangeur dechaleur intégré au générateur de vapeur (fig. 26, page 15) ou placé enaval de la chaudière. Dans le cas deschaudières à vapeur, l'économiseurest employé pour préchauffer l'eaualimentaire.

Les températures de fumées à la sor-tie de la chaudière dépassent de 50 Kenviron la température de la vapeursaturée. Il est impossible de réduiredavantage cette valeur du fait des loisphysiques des transmissions thermi-ques. Cette température de fuméesrelativement élevée induit un rende-ment de combustion de 89 à 91 %.Les déperditions par les fumées peuvent ainsi atteindre 11 %.Pour réduire ces déperditions, despréchauffeurs d'eau d'alimentation(économiseurs) sont dans de nombreux cas mis en œuvre avec lesgénérateurs de vapeur.

Les économiseurs sont par principemontés en aval du troisième parcoursdans le cas des chaudières à grandvolume d'eau. Les fumées y sont re-froidies par de l'eau alimentaire circulant à contre-courant. Le dimen-sionnement est effectué en fonctiondes paramètres débit et températurede fumées, débit et températured'eau d'alimentation et températurede fumées désirée en aval de l'écono-miseur. Selon la taille des surfacesd'échange, la température des fuméesest abaissée jusqu'à 130°C environ.

La gamme de livraison Viessmanncomprend pour les générateurs devapeur Vitomax deux modèles d'économiseur pour un abaissementde la température des fumées à180°C ou 130°C. La température del'eau d'alimentation passe de 102°C (température d'entrée) à 135°C environ(à 130°C de température de fumées).En option, d'autres valeurs sont dimensionnées et proposées. Il estainsi possible d'atteindre en rende-ment de combustion de 95 %.

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

L'expérience avec des économiseurspermettent d'affirmer qu'un abaisse-ment de la température des fuméesde 20 K améliore le rendement de 1 % environ.

L'économiseur intégré se composede tubes d'acier pourvus à une ailettespiralée soudée (fig. 41 et 42). La liaison totale de l'ailette au tubegarantit des transmissions calorifiquesoptimales entre les fumées et l'eaud'alimentation et permet de réduireles dimensions de l'économiseur.

Dans la pratique, deux emplacementsde l'économiseur se sont imposés.L'emplacement préférentiel est l'inté-gration. L'économiseur est implantédans le collecteur de fumées de lachaudière à l'usine. L'économiseurest donc relié à la chaudière par laconduite d'alimentation non section-nable. La chaudière et l'économiseurconstituent donc un ensemble récep-tionné et homologué comme tel. Iln'y a pas besoin d'organes d'isole-ment et de sécurité supplémentaires.

L'économiseur est pourvu d'un capotde fumées qui selon les exigences duclient est équipé de la buse de fuméeset de la trappe de ramonage pour lefaisceau de tubes.

Le second emplacement est un éco-nomiseur monté en aval (fig. 43) etqui peut être placé en fonction descaractéristiques de la chaufferie. Cetéconomiseur peur être déconnectécôté eau et être équipé d'un bipasseintégré côté fumées.

Il est employé dans les cas suivants :- éviter une température inférieure au

point de rosée- emploi de plusieurs combustibles

de composition différente (gaz naturel et fioul lourd contenant dusoufre)

La température des fumées en avalde l'économiseur peut être régléedans cette version par positionnementdu bipasse.

Fig. 42 : Tubes d'économiseur à ailettes d'aciersoudées (pour exemple)

Puissance de la chaudière [%] rapportée à la puissance nominale

A Pression de service 5 barB Pression de service 7 barC Pression de service 9 barD Pression de service 12 barE Pression de service 15 barF Pression de service 17 barG Pression de service 19 barH Pression de service 21 barI Pression de service 24 bar

Ren

dem

ent

de

chau

diè

re[%

]

Fig. 39-1 : Rendement de chaudière en fonctionde la pression de service sans économiseur(moyenne des valeurs déterminées sur tous lesmodèles de chaudière, teneur résiduelle en oxygène dans les fumées 3 %, températured'eau d'alimentation 102°C)

Vitomax 200 HS

vidange

Eau alimentaire

PI

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TI

Co

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Fig. 40 : Schéma pour un économiseur à vannes d'isolement avec robinetterie et bipasse

Puissance de la chaudière [%] rapportéeà la puissance nominale

A Pression de service 5 barB Pression de service 7 barC Pression de service 9 barD Pression de service 12 barE Pression de service 15 barF Pression de service 17 barG Pression de service 19 barH Pression de service 21 barI Pression de service 24 bar

Ren

dem

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chau

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re[%

]

Fig. 39-2 : Rendement de chaudière en fonctionde la pression de service avec économiseur 200(moyenne des valeurs déterminées sur tous lesmodèles de chaudière, teneur résiduelle en oxygène dans les fumées 3 %, températured'eau d'alimentation 102°C)


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4.5 Traitement de l'eau

L'eau la plus pure que l'on trouvedans la nature est l'eau de pluie. Cette eau contient cependant des éléments gazeux (dissous) puisésdans l'atmosphère, pour l'essentielde l'oxygène, de l'azote et du dioxydede carbone (gaz carbonique) maisaussi et de plus en plus des composéssoufrés (“pluies acides”). Lorsqu'elles'infiltre dans le sol, elle s'enrichitd'autres composants comme le fer etle calcaire, par exemple. La nature del'eau est donc fonction du cheminparcouru dans le sol.

La norme européenne EN 12953 exigepour le fonctionnement de chaudièreà vapeur “un traitement et une surveillance adaptés de l'eau d'alimentation et de chaudière”.

La norme européenne EN 12953 et la notice pour l'étude Viessmann“Qualités de l'eau” définissent lesexigences en matière d'eau d'alimen-tation et de chaudière (fig. 46 et 47).

Le but du traitement de l'eau est demettre à disposition de l'eau traitéepermettant un bon fonctionnementdes chaudières. Cela signifie que lescomposants nuisibles de l'eau doiventêtre éliminés ou liés par l'adjonctionde produits chimiques.

On pourra employer comme eau brute(eau non traitée pour le fonctionne-ment de la chaudière) de l'eau de surface, de l'eau de puits ou de l'eaupotable déjà traitée. Les eaux de surface ou de puits peuvent contenirdes composants comme des matièresen suspension, des boues, des impu-retés organiques, des composés ferreux ou manganeux qui devrontêtre éliminés dans les phases prépa-ratoires au traitement de l'eau. Si l'onemploie de l'eau potable, ce prétrai-tement n'est pas nécessaire.

Dans les chaufferies équipées dechaudières à grand volume d'eau,l'on utilise dans la plupart des casdeux types de traitement en parallèle(adoucisseur à échange d'ions et traitement thermique de l'eau, parexemple).

Fig. 46 : Tableau 5-1 de la norme EN 12953-10 Eau d'alimentation pour chaudières à vapeur

Fig. 47 : Tableau 5-2 de la norme EN 12953-10 Eau d'alimentation pour chaudières à vapeur et générateurs d'eau surchauffée


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4.4 Evacuation des fumées

Les combustibles liquides et solidescontiennent essentiellement du carbone et de l'hydrogène. Si la combustion est complète, les fuméesdégagées contiennent du dioxyde decarbone (CO2), de l'azote (N2) et del'eau (H2O).

Types de cheminée

Il existe deux états de pression diffé-rents pour l'évacuation des fumées.Le type de cheminée est fonction deces états. En cas d'évacuation en surpression, le brûleur pousse les fumées au travers de la chaudière àvapeur et du système d'évacuationdes fumées jusqu'en haut de la cheminée. En cas d'évacuation en dépression, la poussée du brûleurn'atteint que la buse de fumées. Puisla cheminée assure l'évacuation desfumées, le conduit de cheminée esten dépression. Cette dépression estengendrée par la montée des fuméeschaudes et le dénivelé entre l'entréeet la sortie puisque la pression atmo-sphérique diminue avec l'altitude. Le tirage de cheminée subit la frictiondes fumées contre les parois duconduit et les pertes de charge descomposants intégrés comme lescoudes et les pièges à sons. C'est laraison pour laquelle les conduits dechaque cheminée seront à dimen-sionner selon la norme EN 13384.

Dimensionnement

Par principe, l'évacuation des fuméesen surpression nécessite des tubesde section plus petite qu'en fonction-nement en dépression. Si la cheminéefonctionne en surpression, elle doitêtre étanche. Ce résultat est atteintpar des conduits soudés ou emboî-tables et équipés de joints, en priorité dans le cas de cheminées“anciennes” ou de chaudières àcondensation.

Fig. 44 : Piège à sons fumées

Les conduits de fumées en dépressionseront d'une excellente tenue auxcondensats et n'ont pas besoin d'êtreparfaitement étanches puisque les fumées ne peuvent pas fuir par lesjoints à cause de la dépression régnante.

Le conduit de cheminée devra dépasser du toit d'au moins 1 m etprésenter dans le cas d'installationsde plus de 1 MW une hauteur d'aumoins dix mètres sur sol et de troismètre au dessus de l'arête supérieuredu toit. Les bâtiments environnantsdevront par principe être pris encompte pour éviter toute nuisancecausée par la cheminée. En outre, ilest également nécessaire de prendreen compte l'ensemble des nuisancesdes cheminées déjà existantes : dégagements polluants et bruits.

Il est conseillé de consulter à cet effetles organismes compétents.

Fig. 45 : Cheminée (source : ASETEC)

Matériaux

La partie verticale du conduit de cheminée est habituellement réaliséeen acier inoxydable de nos jours.Dans certains cas isolés, de la briqueréfractaire est également mise enœuvre en cas de chaudières à vapeur.Les tubes de liaison (entre la cheminéeet le générateur de chaleur) sont éga-lement réalisés en acier inoxydable,plus rarement en acier normal (E24.2).Le matériau de synthèse est inhabi-tuel dans les installations de grandepuissance.

Protection contre l'incendie

L'enveloppe extérieure porteusepourra être réalisée en différents matériaux. Elle ne devra répondrequ'aux exigences statiques. La cheminée est placée à l'extérieurdu bâtiment, l'enveloppe extérieurene devra que supporter le conduitd'évacuation des fumées. Pour ce faire l'on utilise dans la plupart descas de l'acier avec un traitement desurface, voire de la maçonnerie et dubéton.


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Injection de produits chimiques decorrection

Des produits chimiques de correctionsont ajoutés après l'échange d'ions oul'osmose pour maintenir l'alcalinitéde l'eau d'alimentation, lier la duretérestante et lier l'oxygène restant. Ilexiste une multitude de produits pro-posés par les sociétés de traitementde l'eau. Les conditions d'utilisationdevront toujours être convenues avecune société de traitement de l'eau.

4.5.2 Equipements à osmose

Ces dernières années, l'on emploiede plus en plus des équipements àosmose pour la déconcentration.L'osmose est un processus physique,fonctionne sans produis chimiques etest donc très écologique. La quantitéd'eau déconcentrée (perméat) est de80 % environ de l'eau employée (fig.50).

Dans un équipement à osmose, l'eautraverse une membrane à une pres-sion de 30 bar environ. Les pores dela membrane semi-perméable lais-sent passer les molécules d'eau (diffusion), les sels dissous restentsur le côté primaire et sont évacuésde l'équipement.

Il ne faut pas oublier que l'eau bruteen amont de l'équipement à osmosene doit pas contenir de particules solides et que les agents de duretédevront être d'abord stabilisés (parfiltration fine et dosage). Les particulessolides colleraient aux pores de lamembrane et les performances del'équipement diminueraient rapide-ment.

Les équipements à osmose devrontsi possible fonctionner en continu etsont donc habituellement équipés d'unréservoir tampon pour le perméat.

Fig. 50 : Equipement à osmose

Fig. 49 : Paramétrage de l'équipement à échangeur d'ions

Si l'échangeur d'ions est vide, c'est-à-dire que tous les ions sodium ont étéremplacés par des ions calcium etmagnésium, il est régénéré par unesolution de chlorure de sodium (selgemme). Les ions sodium sont dirigés en surplus sur les résineséchangeuses d'ions et remplacent les agents de dureté qui se sont déposés. Puis, l'échangeur d'ions està nouveau opérationnel. Ce processuspeut être répété indéfiniment.

Charge :

2R - Na+ + Ca++/Mg++ --->

R2 - Ca++/Mg++ + 2 Na+

Régénération :

R2 - Ca++/Mg++ + 2 Na+ --->

2R - Na+ + Ca++/Mg++

R... Echangeur d'ions (radicaux)

L'on distingue par principe entre troismodes de fonctionnement :

- programmation horaire : fonction-nement à des heures programmées

- en fonction de la quantité : fonction-nement selon un volume d'eau traitée

- en fonction de la qualité : surveillancepermanente de la qualité de l'eaud'alimentation.

Ces équipements sont réalisés sousforme d'équipements simples oudoubles. Les équipements simplessont prévus pour un fonctionnementdiscontinu, c'est-à-dire qu'en phasede régénération, (plusieurs heures),aucune eau pure n'est disponible. Si le fonctionnement doit être continu,des équipements d'adoucissementdoubles à inversion automatiquesont indispensables.

Fig. 48 : Equipement d'adoucissement Viessmann double volumétrique à imersion automatique

4.5.1 Traitement chimique de l'eau

Adoucissement par échange d'ions

Le calcium et le magnésium sont dissous dans l'eau sous forme d'ions.Ces éléments sont considérés commedes agents de dureté. Pendant lefonctionnement de la chaudière etsous l'effet de la chaleur, ces corps seprécipiteraient sous forme de tartre etformeraient des dépôts solides surles surfaces de la chaudière. Ce dépôtdiminue les transmissions thermiquesdes fumées vers l'eau. L'on remar-querait au départ des températuresde fumées plus élevées et donc unedégradation du rendement. Au fur età mesure que le dépôt s'épaissit, lessurfaces d'échange, qui ne sont pasrefroidies, se détériorent.

C'est la raison pour laquelle la règlementation exige une eau d'alimentation adoucie.

Mécanisme de formation du tartreCaCO3 ---> sous l'effet de la chaleur :

Ca(HCO3)2 ---> CaCO3 + H2O + CO2

L'adoucissement est réalisé par deséquipements à résine échangeused'ions. Les échangeurs d'ions sontdes billes de résine synthétique où setrouvent des groupes actifs.

Les échangeurs d'ions employéspour l'adoucissement présentent des ions sodium comme groupe actif.Si l'eau dure passe par l'échangeurd'ions, les ions sodium présents sontremplacés par les ions calcium et magnésium. Les agents de duretéperturbant le fonctionnement de lachaudière sont ainsi éliminés del'eau.

La gamme Viessmann comprend cetéquipement d'adoucissement doublevolumétrique à inversion automatique.Le module d'adoucissement est com-posé d'un groupe entièrement montéavec deux bouteilles d'échangeurd'ions, un équipement de dissolutiondes sels, la régulation peut être em-ployée sans autres opérations demontage (fig. 48 et 49).

Le débit d'eau douce entre deux régénérations sera réglé à la mise enservice et sera calculé à partir de lataille de l'équipement et de la duretéde l'eau brute.

L'équipement fonctionne automati-quement et il ne faut ajouter que lesel gemme pour la régénération.Comme il y a deux bouteillesd'échangeur d'ions, un échangeur est toujours disponible. La secondebouteille sera régénérée ou est alorsen réserve.


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Le dégazage total

Le dégazage thermique total est leprocédé le plus efficace d'éliminationdes gaz dissous dans l'eau d'alimen-tation. L'on distingue les dégazageshaute pression, basse pression etsous vide.

- Le dégazage haute pression

Le dégazage haute pression est employé dans les processus exigeantdes rendements thermiques élevés. Il est rarement mis en oeuvre à causedes coûts d'investissement élevés.

- Le dégazage basse pression

Le dégazage basse pression s'estavéré comme la meilleure solutiondans la majeure partie des cas. Onentend donc par dégazage total toujours un dégazage fonctionnant àune faible surpression (de 0,1 à 0,3bar environ). L'expression “bassepression” décrit donc un processusqui se déroule à une pression faible-ment plus élevée que l'atmosphère. Le fonctionnement en surpression garantit que l'eau d'alimentation nepuisse pas entrer en contact avec l'atmosphère et qu'il n'y ait pas denouvelle dissolution de gaz.

L'équipement de dégazage total secompose d'un équipement de dégazage et d'une bâche alimentaire. L'équipement de dégazage est placédirectement sur la bâche (fig. 52 et53).

Fig. 52 : Dégazeur basse pression placé sur unebâche alimentaire

Fig. 53 : Dégazeur à ruissellement (source Powerline GmbH)

4.5.3 Traitement thermique de l'eau

L'eau ne peut emmagasiner qu'unecertaine quantité de gaz. La quantitépouvant être emmagasinée sera calculée selon la loi de William Henry(physicien anglais, 1775-1836) enfonction de la pression partielle desgaz et de la température de l'eau.C'est ainsi que de l'eau à 25°C contient8 mg d'oxygène par kg environ.

Si l'eau est chauffée, le pouvoir dedissolution des gaz diminue. Dans lecas extrême, si l'eau se vaporise (situation rencontrée dans les chau-dières à vapeur), tous les gaz dissoussont dégagés. Les gaz se combinentalors différemment. L'oxygène libre,par exemple, peut se combiner àl'acier ferritique de la chaudière. Dansle cas des chaudières à vapeur, cescomposés induisent la corrosion caverneuse tant crainte. Dans la zonede l'arrivée d'eau d'alimentation, desenlèvements de matière ponctuelspeuvent rapidement apparaître.

Il est donc important d'éliminer del'eau de chaudière des gaz dissous.Un solution éprouvée est le dégazagethermique de l'eau d'alimentation.

A l'intérieur de l'équipement de dégazage, l'eau est portée à une tem-pérature proche du point d'ébullitionet libérée de la très grande partie detous ses gaz. Parallèlement à l'élimi-nation des gaz dissous, l'eau estmaintenue avec une faible pressionde vapeur à une température de 80 à105°C (selon sélection de l'appareil)pour éviter toute nouvelle absorptionde gaz.

Il ne faut pas oublier qu'il faut sou-mettre au dégazage non seulementl'eau fraîche, mais encore les conden-sats retournant à la chaudière.Différents types d'équipements dedégazage sont employés selon la qualité de l'eau d'alimentation à respecter.

Les indications contenant la composi-tion de l'eau sont contenues dans lanorme EN 12953 et les DTU. Le respect des valeurs limites qui y sontindiquées est la condition d'un fonctionnement fiable et économiquede la chaudière.

En ce qui concerne les chaudières àvolume d'eau important, il est recom-mandé d'employer de l'eau d'alimen-tation d'une teneur en oxygène < 0,05mg/kg.

Le dégazage partiel

On appelle dégazage partiel un dégazage réalisé à la pression atmosphérique. Les équipements de dégaze partiel sont reliés en permanence à l'atmosphère par laconduite de dégazage.

Le dégazage partiel est la forme laplus simple de traitement thermiquede l'eau d'alimentation.

L'équipement de dégazage partiel estéquipé d'un dispositif de répartitionet de distribution de l'eau neuve alimentant la chaudière et descondensats retournant à la chaudière.

L'alimentation en vapeur pour élimi-nation des gaz est effectuée par unecanne placée au milieu de la zone in-férieure du réservoir. L'alimentationen vapeur est adaptée dans le plussimple des cas par un aquastat méca-nique et réglée à plus de 90°C. L'arrivée d'eau d'appoint est réguléepar un régulateur électrique de niveau.

Les équipements de dégazage partiels sont employés en premierlieu avec des chaudières de petitepuissance et de pression faible. Les besoins plus élevés en produitsliant l'oxygène (voir chapitre 4.5.1 -Traitement chimique de l'eau) présentés par cet équipement de dégazage sont acceptés

Fig. 51 : Chaudière à vapeur et ses accessoires thermiques

Générateur dechaleur avecbrûleur

Réservoir de condensats

Equipement de traitementthermique de l'eau

Refroidisseur par mélange

Ballon d'éclatement des purges

Pompe d'alimentationde la chaudière

Eau pure

Eau de refroidissement

Vapeur vers lescircuits consommateurs

Fig. 54 : Solubilité de l’oxygène en fonction de la température à 1 bar dans l’eau pure

16

14

12

10

8

6

4

2

00 20 40 60 80 100Température [°C]

O2

[mg

/l]

Fig. 55 : Solubilité du dioxyde de carbone en fonction de la température à 1 bar dans l'eau pure

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

00 20 40 60 80 100Température [°C]

CO

2[m

g/l

]

Conduites eaux usées


29


28

4.6 Le traitement des condensats

Selon les processus technologiquesutilisant la vapeur, la vapeur peut êtredirigée, directement dans le produitou le process. Dans ces cas, aucuncondensat n'est ramené à la chaudière.Dans le plus grand nombre d'applica-tions, la vapeur cède toutefois sa chaleur au travers de surfacesd'échange et se condense. Les condensats sont ramenés à lachaudière pour y être réutilisés. D'un point de vue technique, l'on distingue deux types de retour decondensats.

1. Condensats basse pression

Les condensats sont ramenés au travers de bâches ouvertes sur 90 %de l'ensemble des chaufferies à va-peur. Si la température de service dépasse 100°C, il y a revaporisation.Cette dernière concerne de 5 à 15 %en poids des condensats en fonctionde la pression. Il se produit non seu-lement des déperditions énergé-tiques, mais encore et bien évidem-ment des pertes d'eau qui doiventêtre compensées par de l'eau neuveayant été traitée en conséquence. Enplus de ces déperditions, les conden-sats absorbent dans les installationsen circuit ouvert de l'oxygène de l'atmosphère risquant d'induire descorrosions par oxygénation dans lazone des parcours de condensats.

2. Condensats haute pression

Dans les circuits condensats hautepression, les condensats sont ramenésen circuit fermé (10 % environ) desapplications des chaudières à vapeur).Dans ces conditions, il ne peut pas seproduire de pertes par revaporisation.En même temps, toute entrée d'oxygène de l'air dans les circuitscondensats est évitée.

Fig. 58 : Réservoir de récupération des condensats

Les solutions de ce type sont recom-mandées si les installations fonction-nent à une pression de 5 bar aumoins. Il ne faut pas oublier quetoutes les conduites, toute la robinet-terie, toutes les pompes et tous lesréservoirs sont à dimensionner pourcette pression. Les réservoirs (collecteur de condensats, réservoird'eau d'alimentation, par exemple)sont des réservoirs sous pression quidevront faire l'objet d'un contrôle effectué par un organisme notifié.

Lors de l'étude de nouvelles installa-tions ou lors de l'appréciation éner-gétique d'installations existantes, on devra sélectionner la solution àmettre en œuvre. Il est possibled'économiser des coûts de fonction-nement importants par une gestionoptimale des condensats et aussi par une utilisation de la vapeur de revaporisation.

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

- Le dégazage sous vide

Le dégazage sous vide est, comme le dégazage haute pression, une solution pour optimiser le rendementthermique d'une installation. Sonavantage (marche à des températuresbasses) ne se fait cependant pas sentir sur des chaudières qui fonc-tionnent en règle générale à des températures d'eau et de vapeur nettement supérieures à 100°C.

Le type d'équipement de dégazage le plus répandu est le dégazeur parruissellement. A l'intérieur de cetéquipement, les condensats récupéréset l'eau fraîche d'appoint sont finementdispersés à travers des assiettes etmis progressivement en contact parruissellement (d'où la désignation dégazeur par ruissellement) avec lavapeur de chauffage. La montée entempérature de l'eau et le dégagementdes gaz se font par paliers.

Un perfectionnement de cet équipe-ment de dégazage par ruissellementa été l'intégration d'un dispositif depost-chauffage (dégazage à deux niveaux).

Pour éviter les corrosions, les déga-zeurs sont actuellement entièrementréalisés en acier inoxydable.

La bâche alimentaire sert à fournir del'eau d'alimentation de chaudière enquantité nécessaire. La bâche est reliée au dégazeur par un manchon àbride.

Pour recevoir et distribuer la vapeurde chauffage, le réservoir d'eau d'alimentation est équipé d'une canned'injection. Elle garantit une tempéra-ture de 102°C. La canne est placée aumilieu de la partie basse du réservoir.Dans le cas du dégazage à un niveau,la canne est dimensionnée pour ledébit de la totalité de la vapeur dechauffage.

Dans le cas du dégazage à deux niveaux, la canne sert à maintenir laréserve d'eau en température.

Sur les deux versions, un refroidisse-ment partiel de l'eau d'alimentationet donc une nouvelle dissolution desgaz sont exclus.

Le réservoir d'eau d'alimentation (fig. 56) est équipé d'organes de régulation du débit de la vapeur dechauffage, du niveau d'eau des sécurités ainsi que d'organes d'affichage pour les manœuvres et lasurveillance.

Surveillance de la conductivité des condensats

Sortie alarme

LRT 1-..

URS 2

Vanne d'inversion3 voies

Fig. 56 : Bâche alimentaire avec dégazage thermique


4.7 Ensemble de pilotage et de commande

L'ensemble de pilotage et de com-mande, comme par exemple l'armoire de commande Vitocontrol(fig. 61), contient tous les compo-sants d'actionnement des dispositifsde réglage et de commande spéci-fiques aux chaudières vapeur.

De plus, l'armoire de commandecontient les composants nécessairesau fonctionnement automatique deschaudières sans surveillance humaine pour 24 ou 72 heures selonTRD 604.En font partie tous les composants de “construction spécifique” * néces-saires au fonctionnement d'une chaudière à vapeur.

L'actionnement des appareils de pilotage et de régulation est effectuéde manière idéale par un automateprogrammable (API). Le pilotage et leparamétrage de l'installation sont ef-fectués à travers un écran couleurgraphique (fig. 62).

L' API enregistre également lesheures de fonctionnement du brûleuret des pompes d'eau d'alimentation.

Si le brûleur est mixte, le relevé desheures de fonctionnement du brûleuret du nombre de démarrages du brûleur est effectué séparément pour chaque combustible. Tous lesmessages de dérangement sont enregistrés et mémorisés avec la date et l'heure. Les messages de dé-rangement sont en outre enregistréssous forme d'historique, si bien quela survenance de dérangements, leuracquittement et l'élimination de lapanne sont attestés

* Il y a construction spécifique si un contrôle régulier est automatiquement réalisé dans lesparties électriques et mécaniques de chaqueappareil (pour les contrôleurs de niveau d'eauà électrodes, la surveillance de la résistanced'isolation, pour les appareils à sonde à doigtde gant, le contrôle automatique du fonction-nement, pour les organes placés à l'extérieur,le rinçage des conduites de liaison, parexemple)

Fig. 61 : Armoire de commande Vitocontrol


30

Traitement des condensats

Les condensats peuvent être chargésde corps étrangers par suite des pro-cessus technologiques et de résidusde corrosion. Les condensats étantréutilisés comme eau d'alimentation,il est nécessaire de respecter les exigences en matière de qualité del'eau.

Les pollutions typiques des condensats peuvent être :

- des impuretés mécaniques (produits de corrosion)

- des augmentations de le dureté(fuites d'eau potable ou sanitaire sur les échangeurs de chaleur)

- des entrées d'acides et de bases(mélanges intempestifs lors duchauffage de bains acides ou basiques)

- des huiles et des corps gras (industries agro-alimentaires, préchauffeurs d'huile)

Les procédés de traitement de l'eau,tels que filtration, dégraissage, adou-cissement, déconcentration totale,seront prévus en fonction de la pollu-tion. Il ne faut pas oublier lors de l'étude que les textes réglementairesen matière de chaudières en cas defonctionnement sans surveillanceprévoient des analyseurs automa-tiques surveillant les condensats.

Si l'on constate des impuretés dansles condensats, ces derniers polluésseront à évacuer du circuit vapeurd'eau. Les points de prélèvementd'échantillons devront toujours êtreplacés dans le conduit d'arrivée descondensats en amont du réservoir derécupération afin que les condensatspollués ne puissent pas entrer dansce dernier. Les condensats seront àévacuer par des vannes trois voies.

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

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

Fonctions principales :

Réglage de la puissance du brûleur

La pression de la chaudière est mesurée par une sonde et transmiseà l'API sous forme de signal analogique. L'API règle la pressionpar rapport à une consigne. Le régulateur de puissance détermineà partir de la différence entre la pression de consigne et la pressioneffective le degré de modulation dubrûleur ou l'allure de brûleur correspondant, en fonction de laconfiguration.

Réglage du niveau d'eau

La régulation du niveau d'eau de lachaudière à vapeur intégrée dans l'API peut être réalisée sous forme derégulation tout ou rien par enclenche-ment et arrêt des pompes d'eau d'alimentation ou de régulation progressive agissant sur une vanned'eau d'alimentation.

L'enclenchement et l'arrêt de la (des)pompe(s) d'eau d'alimentation ou lepositionnement de la vanne d'eaud'alimentation amènent à la chaudièrela quantité d'eau d'alimentation nécessaire au maintien du niveaud'eau de consigne de la chaudière. Si l'installation est équipée de deuxpompes d'eau d'alimentation,

Fig. 62 : Ecran tactile

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

Conductivité, régulation de la décon-centration de l'eau de chaudière

La fonction “déconcentration” estréalisée en option par une régulationà action progressive dans l'API. La conductivité de l'eau est mesuréepar une sonde et envoyée sous formede signal analogique au l'API. La valeur de consigne “salinité” et lesparamètres de réglage sont imposésà travers le module de commande. Si la salinité est excessive, la vannede déconcentration s'ouvre et del'eau concentrée en sel est évacuée.

Régulation de désembouage

L'actionnement de la vanne dedésembouage peut être effectué enoption par l'API en fonction des valeurs en mémoire pour la longueurdes intervalles séparant deux désembouages et de la durée d'actionnement de la vanne.

D'autres fonctions comme l'actionne-ment d'un clapet d'obturation sur lesfumées, l'actionnement d'un clapetde bipasse, l'inversion à une secondevaleur de consigne (pression) sontégalement intégrés dans l'API.

Surveiller les condensats contre des entrées d'huile

Sortie alarme temporisée

4 – 20 mACANopen (option)

Convertisseurde mesureORT 6

MesswertgeberORG 12, 22

Vanne d'inversiontrois voies

31

Vue d’ensemble

Niveau d’eau

Brûleur

Conductivité Vanne de déconcentration

Pression vapeur

Marche

Vanneeau

d’alimen-tation

32 33

Projet

Contenudu schéma

Date Nom

EchelleN° de plan

Eau brute

Co

nd

uit

ed

eri

nça

ge

ind

icat

eur

de

niv

eau

d'e

au

Dés

emb

ou

age

8.0

Déc

on

cen

trat

ion

Conduite devapeurvers le circuitconsommateur

Réservoir de saumure11.0

Vers le réseaud'eaux usées

TC TI

Eau brute

Condensats

Eau

do

uce

Co

nd

uit

ed

ed

osa

ge

Vid

ang

e

10.0QZ

Conduite de vapeurvers le dégazage

Raccord dosage

LS

LC

LIS 9.0TI

PC

Trop-plein

PI

Eau

bru

te

8.2 MPI

7.2

12.0

6.10

PI

8.1

Vitocontrol

LS

LA

LI

LA

LS

LC

13.0

Trop-plein

PI

PI

Event par le toit Purge d'airpar le toit

Purge d'airpar le toit

Purge d'airpar le toit

Purg

ed

'air

par

leto

it

Co

nd

uit

ed

ed

éch

arg

eso

up

ape

de

sécu

rité

Ligne fioul

Refroidisseur prélèvementd'échantillons

8.2

6.10

Installation équipée d'une chaudièreà vapeur avec brûleur mixte etéconomiseur intégré 1

Armoire de commande7.2

Conduite vapeur

Conduite de décharge

Eau alimentaire

Câble de commande

Conduite gaz

Conduite fioul

Eaux usées

Condensats

Dosage

ECONOMISEUR

CHAUDIERE3.0

4.0

8.0

9.0

10.0

Adoucisseur double à inversion automatique10.1

Stabilisation de la dureté10.2

Fixateur d'oxygène10.3

Rampe gaz8.1

Moteur

Z

Manuel

Niveau de remplissage

Pression

M

P

H

L

I

C

TempératureT

Qualité, analyseQ

S

V

Action de la régulationimportante pour la sécurité

Régulation automatique

Haut

Bas

affichage

Commande

Vanne

Première lettre Lettre suivanteLettrerepère

Eau douce

Eau brute

BRÛLEUR

TRAITEMENT CHIMIQUE DE L'EAU

TRAITEMENTTHERMIQUE DE L'EAU

NumérotationTypes de conduites

Schéma de base Vitomax 200 HS

10.2

10.1

10.3

REFROIDISSEUR PURGESET VIDANGES

11.0

BALLON D'ECLATEMENTDES PURGES

12.0

RESERVOIR CONDENSATS13.0

M

QC

LCLZL LZL

LSH

LI

TI

PZL

PI

PC

3.0

Vitomax 200 HS

PS

Retour condensatsdu circuitconsommateur

Purg

ed

'air

par

leto

itsi

con

du

ite

gaz

hau

tep

ress

ion

Le présent schéma n'est qu'indicatif.L'emplacement des composants non fixés directement à la chaudière,des composants ne faisant pas partie de la gamme de livraisonViessmann et le tracé des conduites ne sont donnés qu'à titred'information.Le schéma n'est pas un schéma d'exécution et ne devra pas être utilisécomme tel.

Fig. 63 : Composants d’une installation équipée d’une chaudière vapeur

3534

5 Dimensionnement

dans le cadre de la directive euro-péenne équipements sous pression.Le dimensionnement sera effectuéselon les règles de l'art. De 0,5 bar à 1 bar, le dimensionnement sera effectué selon la directive européenneéquipement sous pression mais avec des exigences moindres quepour les chaudières vapeur hautepression au dessus de 1 bar.

L'équipement et la mise en placepeuvent également faire l'objet deconditions moins strictes.

Les domaines d'utilisation des chaudières vapeur basse pressionsont par exemple :- les boulangeries industrielles- les boucheries- les chauffages à la vapeur

Les générateurs de vapeur hautepression sont réalisées sous formede chaudières à grand volume d'eauet d'une pression de service admis-sible de 1 à 25 bar. Les domainesd'utilisation des chaudières vapeurhaute pression sont par exemple :

Fig. 65 : Plaque signalétique

5.1 Pression et puissance

Pour l'utilisation des fins techniques,les pressions sont généralement indiquées comme pressions effectivesen bar. Le débit de la chaudière vapeurest indiqué en kg/h ou en t/h. Il représente le débit continu maximalpossible de la chaudière et est notésur la plaque signalétique (fig. 65).Les accessoires sont adaptés à ce débit. Le débit continu minimal pos-sible de la chaudière est déterminépar la puissance minimale du brûleur.

Pression de travail

La pression disponible au départ dela chaudière est appelée pressiond'utilisation. La valeur qu'elle doitavoir est déterminée par les circuitsconsommateurs à desservir et laconception du réseau de vapeur nécessaire à la distribution. La pression au départ de la chaudièredevra donc être toujours plus élevéeque celle nécessaire à l'entrée del'appareil utilisateur.

Pression de service admissible(timbre)

La pression de service admissible estla même que la pression de tarage dela soupape de sécurité et est indiquéesur la plaque signalétique. Elle indique la pression maximalepossible à laquelle la chaudière peutfonctionner. Pour permettre un fonc-tionnement de la chaudière le plusfiable possible, la différence entre lapression d'utilisation et la pressionde service admissible devra être aumoins de 0,2 à 0,3 bar pour les chaudières vapeur basse pression et d'au moins 1,5 bar pour les chaudières vapeur haute pression.

Classification en chaudières vapeurbasse pression et haute pression

On appelle chaudières vapeur bassepression des générateurs de vapeurd'une pression de service admissiblene dépassant pas 1 bar. Jusqu'à 0,5bar, ces chaudières n'entrent pas

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

Dimensionnement

Détermination du débit de vapeur

Si les circuits consommateurs souti-rent à la chaudière plus de vapeur quele débit continu maximal possible,des gouttelettes d'eau sont soutiréesen grande quantité de la chaudière.Ce phénomène nuit non seulement àla qualité de la vapeur, mais encoreinduit une formation de dépôts sur larobinetterie et autres composants implantés dans la conduite de vapeur.En outre, la pression de vapeur diminue tout comme la températureà l'intérieur de la chaudière, ce quirisque parfois de perturber l'alimen-tation des circuits consommateurs.

Il est donc important de connaître lescircuits consommateurs à alimenterpar la chaudière et les besoins en vapeur concernés. Il ne faut pas oublier que l'on doit prendre encompte non seulement la vapeur nécessaire à des fins de production,mais encore les besoins en énergiepropre à l'installation comme le traitement thermique de l'eau ou lavapeur de chauffage. L'addition desdébits partiels, prenant, le cas échéant,en compte un coefficient de simulta-néité, est le débit de vapeur minimalà assurer (fig. 66).

Il est également nécessaire de parleravec le futur exploitant des questionsde disponibilité ou de sécurité (sécurité d'un approvisionnement debase en cas de dysfonctionnementou de travaux d'entretien, chaudièrede réserve). Il est ainsi possible d'effectuer une répartition judicieusesur plusieurs chaudières.

5.2 Besoins propres en énergie d'ungénérateur de vapeur

Les besoins propres en énergie d'ungénérateur de chaleur sont pour l'essentiel déterminés par la puissanceélectrique des dispositifs d'actionne-ment des différents composants principaux. Les principaux appareilsconsommateurs sont brièvement décrits dans ce qui suit.

Fig. 66 : Coefficient de détermination de la puissance du brûleur au moyen du débit de vapeur

Puissance du brûleur en kW = coefficient F - débit de vapeur en kg/h

Exemple :Débit de vapeur : 10 000 kg/h, pression de service : 12 bar

Fonctionnement sans économiseur :Le coefficient F = 0,732 (voir graphique) donne une puissance du brûleur de 7320 kWFonctionnement avec économiseur :Le coefficient F = 0,697 (voir graphique) donne une puissance du brûleur de 6970 kW

Pression de service [bar]

Co

effi

cien

tF

sans économiseur

avec économiseur, rendement de chaudière : 94 %

Pompes d'alimentation des générateurs de vapeur en eau d'alimentation

La puissance nécessaire du moteurde la pompe sera déterminée selon lapression de service admissible du générateur de chaleur et du débitd'eau à véhiculer.

Le besoin propre en électricité de lapompe est donc fonction du débit devapeur et de la pression de service dugénérateur de vapeur à un momentdéterminé. Ils sont calculés selon laformule suivante :

ρ · g · H · VP = ––––––––––––

η

P = Puissance nécessaire [W]V = Le débit [m3/s] nécessaire à

l'alimentation de la chaudière(débit vapeur x ~1,25)

ρ = Densité de l'eau [kg/m3]H = Pression de refoulement [m]η = Rendement de la pompe

Il en découle que la puissance néces-saire de la pompe est directementproportionnelle tant à la pression derefoulement qu'au débit.

•

•

- les industries agro-alimentaires(brasseries, laiteries)

- les industries papetières - les industries pharmaceutiques- les industries des matériaux de

construction

3736

Dimensionnement

Les autres appareils consommateurssont l'équipement de traitement chimique de l'eau, les servo-moteurdes organes d'arrêt et des vannes derégulation, les pompes de conduitesde bouclage des circuits de fioul, lesélectrovannes de l'eau d'appoint etles petits appareils consommateurscomme l'éclairage de l'armoire decommande l'éclairage de secours dulocal chaufferie et l'éclairage de l'installation.

Pour minimaliser les besoins propresen électricité, l'on installe souventdes moteurs électriques à variationde fréquence. Si, par exemple, on divise par deux la vitesse d'une pompe pour obtenir la moitié du débit, la puissance nécessaire du moteur de la pompe ne sera plus que d'un huitième.

Dans le cadre des travaux d'étude, l’analyse des postes consommateursest une condition importante pourl'emploi de variateurs de fréquence.

Besoins propres en vapeur

Les besoins propres incluent égale-ment la consommation de vapeur dechauffage alimentant l'équipementde traitement thermique de l'eau.L'eau d'appoint sortant de l'adoucis-seur d'eau à une température de 10°Cenviron et les condensats des circuitsconsommateurs d'une températurede 85°C environ sont portés à 102°Cavec de la vapeur pour évacuer dansl'atmosphère au travers de l'équipe-ment de dégazage les gaz initialementdissous dans l'eau.

L'eau d'appoint provenant de l'adou-cisseur d'eau compense les pertesd'eau de l'installation, c'est à dire lespertes par déconcentration et désem-bouage ainsi que les pertes decondensats des appareils consomma-teurs de vapeur.Plus la part d'eau d'appoint est élevée,plus des besoins propres en vapeurde chauffage sont importants. Les vapeurs évacuées à travers l'éventsont également des pertes et serontcompensées par de l'eau d'appoint.

En résumé :

Il est toujours nécessaire de définir lapuissance nécessaire aux utilisateurset les conditions spécifiques exis-tantes pour déterminer les besoinspropres de la chaufferie.

Brûleur

Le brûleur comporte différents organes consommateurs d'énergieen fonction du type de combustible :

- La turbine d'air comburant aspirel'air comburant du local chaufferieou à l'extérieur du local chaufferiepar des gaines et alimente ainsi lebrûleur.

- Si le combustible est liquide (fiouldomestique, par exemple), il fautégalement alimenter en électricitéles pompes fioul haute pression dubrûleur.

Autres appareils consommateursd'électricité

Si la chaudière est mise hors service,certains exploitants exigent d'obturer le conduit de fumées parun volet à actionnement électrique.Cette solution diminue le refroidisse-ment de la chaudière.

La vapeur sortant du générateur dechaleur est utilisée pour l'alimentationde circuits de process et de chauffage.Les condensats sont, dans la plupartdes cas, collectés dans un réservoirde condensats intégré aux postesconsommateurs puis reviennent augénérateur de vapeur grâce à despompes à moteur électrique.

La puissance électrique de la pompecondensats sera également calculéeselon la formule de la page 35.

Dimensionnement

5.3 Régulation du niveau d'eau d'alimentation

Les pompes d'alimentation de chau-dière alimentent le générateur dechaleur en eau en fonction du débitde vapeur demandé. L'on distingueles régulations de niveau à action discontinue et à action continue. La grandeur de réglage est le niveaude remplissage du générateur de vapeur.

Régulation de niveau discontinue

Le niveau d'eau est régulé entre deux consignes réglables “pompe arrêt” et “pompe marche”. Le signalde l'électrode de niveau agit sur lapompe (fig. 67).

Régulation de niveau continue par vanne de réglage de l'eau d'alimentation

Le but de la régulation est de mainte-nir le niveau presque constant à l'intérieur de la chaudière à uneconsigne fixe. La valeur effective estdétectée en permanence par une sonde de niveau et comparée à laconsigne dans un boîtier de régula-tion. En cas de variations de la charge, l'ouverture ou la fermeturede la vanne de réglulation de l'eaud'alimentation régule le niveau deconsigne souhaité. Un bipasse réglable assure un débit minimal renvoyé vers la bâche alimentaire. Le débit minimal permet de refroidirla pompe (fig. 68).

Fig. 67 : Régulation discontinue du niveau

CheminéeVapeur vers lecircuit consommateur

Retour des condensatsde l'installation

Armoire decommande

Eau d'appoint

Eaubrute

Pomped'alimentationchaudière

Dégazeur thermique



Ballon d'éclatementdes purges Refroidisseur

Eau froide

Réseau eaux usées


Equipement detraitementchimique de l'eau(adoucisseur)

Fig. 68 : Régulation continue du niveau par vanne de régulation de l'eau d'alimentation

CheminéeVapeur versle circuit consommateur


Armoire decommande

Eau d'appoint

Eau brute


Bipasse

Dégazeur thermique




Eau froide

Réseau eaux usées


Vanne derégulationde l'eaud'alimentation

Equipementde traitementchimiquede l'eau(adoucisseur)

3938

Dimensionnement

Régulation de niveau continue par vanne de réglulation de l'eau d'alimentation avec circuit de décharge

Si le débit principal d'alimentationdevait être inférieur à une certainevaleur, le clapet de décharge (bipasse)s'ouvre de manière à ce que le débitminimal de pompe requis (pour refroidissement) puisse toujours être assuré (fig. 69).

Régulation de niveau continue parmodulation de la vitesse de la pompe

Le but de la régulation est de maintenirle niveau à l'intérieur de la chaudièreà une valeur de consigne fixe. Si lacharge varie, le débit de la pompe estadapté aux modifications des besoinspar modulation de la vitesse (dans cecas par variateur de fréquence). Cetteoptimisation de la vitesse en fonctiondes besoins économise de l'énergieélectrique. Il est en outre possibled'économiser des organes de réglageen amont de la chaudière (fig. 70).

Dimensionnement

5.4 Procédure d'homologation deschaudières à vapeur en France

L'installation et l'exploitation dechaudières à vapeur est soumise àune réglementation stricte. Selon lapuissance de l'installation, celle-ci est soumise à déclaration ou à autori-sation au niveau de la préfecture. Ces démarches sont à effectuer par lepropriétaire ou l'exploitant délégué.Les textes réglementaires sont issuspour la plupart de la réglementationeuropéenne.Il est conseillé de faire appel à un organisme de contrôle notifié, quisaura donner tous les conseils et instructions nécessaires, dès la phaseprojet.

Fig. 69 : Régulation de niveau continue par vanne de régulation d'eau d'alimentation avec clapet dedécharge



Armoirede commande

Eau d'appoint

Eaubrute


Bipasse

Dégazeur thermique




Eau froide

Réseau eaux usées



Vanne derégulationde l'eaud'alimentationavec clapetde décharge

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



Armoirede commande

Eau d'appoint

Eaubrute


Dégazeur thermique



Ballon d'éclatementdes purges déconcentration

Refroidisseur

Eau froide

Réseau eaux usées


FU

Bipasse


4140

Dimensionnement

programmable du dispositif de cascade déterminera la chaudièreprioritaire et l'ordre des autres chau-dières en cascade. Les chaudières qui sont, par exemple, en révision ouqui ne sont pas nécessaires pour desraisons de besoins moindres en vapeur déprogrammés de la cascade.La chaudière prioritaire sera automa-tiquement changée en fonction de laprogrammation de l'automate aubout d'une certaine période et selonun ordre défini. La chaudière en réserve sera enclenchée si la chaudiè-re en service fonctionne à une puis-sance de 80 %, par exemple, pendantune période définie. Le brûleur de lachaudière en cascade démarre et,lorsque la pression de l'installation a été atteinte, la vanne motorisée vapeur s'ouvre et la chaudière alimente le collecteur de vapeur.

Une des chaudières sera arrêtée si lapuissance chute en dessous de 35 %,par exemple. La chaudière secondaires'arrête et la vanne motorisée vapeurse ferme.

Les chaudières en réserve serontmaintenues en pression à une valeurinférieure à la pression de vapeur nécessaire. Cette solution assure unedisponibilité rapide de la chaudièreen cas de demande et les partiessous pression sont protégées de lacorrosion à l'arrêt. Tous les paramètresde réglage pour la cascade sont à déterminer indépendamment pourchaque installation et à gérer par l'automate programmable.

5.5 Installation à plusieurs chaudières

Des installations à plusieurs chaudièressont mises en œuvre pour des raisonsde sécurité d'approvisionnements envapeur, dans des établissements hospitaliers pour la stérilisation, parexemple ou si les besoins en vapeurconnaissent des variations sur unecertaine période (jour/nuit, été/hiver).La question du nombre de chaudièresà monter dans une installation et deleur puissance n'est pas un aspect desécurité, mais doit être prise encompte uniquement pour assurerl'approvisionnement en visant lescoûts de fonctionnement les plus baspossible.

Dans le cas d'une installation à unechaudière, il ne faut pas oublier quela plage de puissance de la chaudièren'est fonction que de la plage de réglage du brûleur. Les brûleurs gazmodernes peuvent être réglés jusqu'à10 % environ de la puissance de lachaudière. Si les besoins en vapeurchutent en dessous de cette plage de réglage, la chaudière se met en attente. Une alimentation en vapeuren fonction des besoins est ainsi assurée.

Les installations équipées de plusieurschaudières fonctionnent pour la plu-part avec un dispositif de cascade. Le dispositif de cascade permet unfonctionnement des chaudières enfonction des besoins en vapeur aumeilleur coût et une garantie des approvisionnements. Le fonctionne-ment au meilleur coût résulte de ladiminution des procédures de démar-rage du brûleur et du fonctionnementdes chaudières en plage de chargemoyenne à faibles pertes par les fumées.

Chaque chaudière dispose de sapropre régulation de chaudière etpeut donc être pilotée et fonctionneren autarcie. Un automate program-mable sera à prévoir comme équipe-ment de pilotage. Le dispositif de cascade, également par automateprogrammable, sera placé à un niveau supérieur aux différentes régulations de chaudière. L'automate

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

6 Mise en place

6.1 Local

Exigences de base

Les chaudières devront être mises en place à l'intérieur de bâtiments, à l'abri du gel, de la poussière et des gouttes d'eau. La température à l'intérieur du local devra être comprise entre 5 et 40°C. L'aération(arrivée d'air comburant) devra êtresuffisante. On veillera à ne pas aspirer de matières corrosives (comme les composés chlorés ou halogénés).

Le plancher devra être plat et suffi-samment solide. La charge maximaledevra prendre en compte le poidsmaximal en service, c'est-à-dire chaudière remplie et équipée. Les chaudières peuvent être mises en place sans socle. Pour faciliter lenettoyage du local, un socle est toutefois conseillé.

Réglementation

Les règles et prescriptions concernantl'implantation des générateurs de vapeur haute pression sont décritesdans les diverses normes et direc-tives européennes et nationales. De plus, il faut respecter la réglemen-tation “sécurité incendie” et relativeau code du travail.

En plus des exigences minimales ence qui concerne les dégagementspour les manœuvres et l'entretien,les issues de secours, l'évacuationdes fumées, le stockage du combus-tible et les équipements électriques,la réglementation définit les locauxoù il est possible de monter des chaudières à vapeur.

Fig. 72 : Exemple de local chaufferie

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67891011121314891011

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13

14

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7

31

4 5

2

Générateur de vapeur haute pressionBrûleurArmoire de commandeDésembouagePompe d'alimentation (prendre en compte la hauteur d'installation de la bâche alimentaire pour la détermination)Tube de fuméesRefroidisseur purge et désembouageBâche alimentaire intégrée au dégazeur Injecteur de vapeurEquipement de dosageAdoucisseur d'eauCheminéeVentilation hauteVentilation basse

Il est interdit de monter des chaudièresà vapeur haute pression

- à l'intérieur, en dessous ou à côté delocaux d'habitation,

- à l'intérieur, en dessous ou à côté delocaux sociaux (lavabos, vestiaires etlocaux de repos, entre autres) et delocaux de travail.

La réglementation mentionne desconditions d'installation moins sévères de mise en place en fonctionde la capacité en eau et de la pression de service admissible, et ledébit maximal de vapeur. Il estconseillé de contacter l'administrationconcernée selon le cas.

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Fig. 77 : Ouverture d'arrivée d'air dans le localchaufferie avec silencieux

Mise en place

Fig. 73 : Réduction des bruits solidiens

2. Piège à sons côté fumées

Les pièges à sons côté fumées sontemployés pour réduire les bruits decombustion (fig. 74). Pour assurerune bonne efficacité, le type devraêtre soigneusement adapté à la combinaison chaudière/brûleur, auxconduits de fumées et à la cheminée.

La détermination de la taille de lachaufferie devra prendre en compteque les pièges à sons des fuméessont relativement encombrants.

3. Compensateurs pour conduits defumées

Les compensateurs pour conduit defumées empêchent la transmissiondes bruits solidiens par le conduit defumées au bâtiment. Ils peuvent enoutre absorber la dilatation desconduits (fig. 75).

4. Capots insonorisants de brûleur

Les capots insonorisants sont em-ployés pour amortir les bruits de laturbine de brûleur. Ils servent doncprincipalement à réduire les bruits àl'intérieur du local chaufferie (fig. 76).

5. Ouvertures d'arrivée et d'évacuationd'air

Les ouvertures d'arrivée et d'évacua-tion d'air avec silencieux alimententle brûleur en air comburant et empê-chent que les bruits émis à l'intérieurdu local chaufferie soient transmisvers l'extérieur par les ouverturesd'aération (fig. 77).Pour éviter des travaux importantsd'équipement complémentaire, nous recommandons de prévoir dèsla phase d'étude des dispositifs anti-bruits. La condition d'une solution optimale est la coopérationétroite entre l'architecte, le maître d'ouvrage, le bureau d'étude et l'installateur.

Les valeurs limites concernant le niveau sonore sont fixées par la réglementation.

Fig. 74 : Piège à sons côté fumées

Fig 75 : Compensateur pour conduit de fumées Fig. 76 : Capot insonorisant pour brûleur

Mise en place

6.2 Bruits émis

Sources de bruits

L'on entend par sons les oscillationset ondes mécaniques à l'intérieur devecteurs élastiques comme les solides (sons solidiens), l'air (sonsaériens) et les liquides. Ces oscilla-tions se produisent à des fréquencesdéterminées (= nombre d'oscillationspar seconde). L'oreille humaine perçoit des oscillations de 16 Hz environ (sons graves) à 16 000 Hz environ (sons aigus).

Tout son qui gêne et perturbe l'hommeest appelé bruit. Pour éviter les nuisances sonores, le législateur aédicté des prescriptions de protectioncontre le bruit. Elles contiennent desvaleurs limites et des procédures demesure et d'évaluation en fonctiondes différents environnements et desdifférentes heures de la journée.

Les bruits émis par la chaudière sontpour l'essentiel induits par

- la combustion- la turbine du brûleur- les transmissions solidiennes.

La majeure partie des bruits aériensémis par le processus de combustionest transmise par rayonnement dubrûleur, de la chaudière et desconduits de fumées.

Les bruits solidiens sont émis par des oscillations mécaniques de lachaudière et sont essentiellementtransmis par le socle, les murs et lesparois de la cheminée. Un niveau depression acoustique de 50 à 140dB(A) peut se produire selon la fréquence.

Dispositifs anti-bruits

Les patins insonorisants ne peuventêtre mis en place que jusqu'à unecharge limitée. Au-delà, une désolida-risation ne peut être atteinte que pardes dispositifs réalisés sur le chantiercomme un socle antivibratoire, parexemple.

1. Réduction des bruits solidiens

Les patins insonorisants réduisent latransmission des bruits solidiens auplancher (fig. 73).

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Mise en place

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Fig. 81 : La mise en place est souvent du travailau millimètre

6.4 Mise en place

Une ouverture suffisamment grandesera à prévoir pour mettre en place lachaudière et les autres composants.Cette ouverture pourra également setrouver dans le toit du local chaufferieou une trémie.

Pour minimaliser les coûts, la miseen place devra être effectuée par lavoie la plus courte et sans encombre-ment. Le sol devra être égalementd'une résistance suffisante. Les appareils de levage devront pouvoirêtre placés le plus près possible duchantier. Ils devront être suffisam-ment dimensionnés pour les chargesà lever et les hauteurs ou distances à franchir. Ils nécessitent en outreune surface au sol suffisamment solide. Il peut être parfois nécessairede bloquer provisoirement les routesd'accès ou des portions de rue.

Fig. 82 : Mise en place sans isolation

Fig. 83 : Mise en place de la chaudière par le toit

Mise en place

6.3 Transport

Les chaudières à volume d'eau important pourront être transportéespar la route, le rail ou, par bâteau. Selon les conditions du véhicule detransport, l'emballage sera à concevoiren conséquence. Le transport pourraaussi se faire sans la jaquette d'isola-tion particulièrement sensible.

Pour protéger les accessoires commele brûleur, la régulation et la robinet-terie des dommages durant le trans-port, ils seront emballés et transportésà part. Un autre avantage de cette solution sont des dimensions detransport minimales. Les accessoiresne seront habituellement montésqu'à l'issue de la mise en place de la chaudière vapeur sur le chantier.

Plus la puissance est élevée, plus letransport est compliqué. Les trans-porteurs devront parfois prendre des itinéraires spéciaux (par suite de routes étroites ou de ponts à dimensions limitées, de la chargemaximale des routes, par exemple) et être accompagnés par la police(transports spéciaux).

Le maître d'ouvrage devra veiller à ce que les accès au chantier soientassurés. Le chemin d'accès devra être suffisamment résistant (pas deciternes enterrées ou de garages souterrains) et renforcé. En outre, un espace suffisant est nécessairepour les manœuvres et se garer.

Des engins de levage adaptés serontà prévoir pour décharger la chaudièreet ses accessoires et faire entrer dansle local chaufferie les appareils lourds(comme le brûleur, les pompes, la robinetterie, l'armoire de commande,par exemple).

Fig. 78 : Transport d'une chaudière à vapeur

Fig. 79 : Transport sur rails sans isolation

Fig. 80 : La mise en place d'une chaudière de grande puissance exige de l'expérience et du doigté

Fig. 84 : Mise en place d'une Vitomax 200 HS (type M237) livrée en container en Estonie

Fonctionnement

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7 Fonctionnement

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7.1 Modes de fonctionnement

Selon l'équipement, il existe plusieurspossibilités de faire fonctionner uneinstallation équipée de chaudières vapeur haute pression.

1. Fonctionnement avec surveillancedirecte permanente

Ce mode de fonctionnement exigeque la chaudière soit surveillée enpermanence par un technicien. Les dispositifs automatiques pour la régulation du niveau d'eau et de la pression ne sont pas nécessaires.Ces opérations pourront être réaliséespar le technicien.

2. Fonctionnement avec surveillancelimitée

L'opérateur devra vérifier toutes lesdeux heures le bon état de la chau-dière. La chaudière devra être équipéede dispositifs pour la régulation duniveau d'eau et de la pression.

3. Fonctionnement temporaire àpression de service réduite sans surveillance

En fonctionnement sans surveillance,le générateur de chaleur est exploitéavec une pression de sécurité (soupape) de 1 bar. Ce mode de fonctionnement exige que des dispositifs supplémentaires (soupapede sécurité, pressostat, limiteur depression) soient en place sur la chaudière.

7.2 Principales normes et prescriptionspour le fonctionnement*

Directive européenne 97/23 CE (DESP)et décret 99.1046 du 13 décembre 1999Normes européennes EN 12953-1 àEN 12953-13Décret 98-817 du 11 septembre 1998Arrêté du 25 juillet 1997 modifié le 10août 1998 – installations à déclarationsous la rubrique 2910 et de puissancethermique maximale > 2 MW et < 20MWArrêté du 20 juin 2002 relatif aux installations de puissance > 20MWArrêté du 15 mars 2000 modifié le 30 mars 2005Décret du 02 avril 1926EN 230EN 267EN 298EN 676EN 13.384-1TRD

Les chaudières devront fonctionner etêtre exploitées en conformité avec laréglementation en vigueur, et parti-culièrement avec le code du travail.

En ce qui concerne les installationsneuves, le fonctionnement n'est autorisé qu'à l'issue du “Contrôle demise en service”. Pour les chaudièresdes catégories III et IV, ce contrôle devra être effectué par un organismede certification et la conformité devraêtre certifiée.

La conduite des chaudières devraêtre assurée par du personnel formé.Pour les installations à vapeur hautepression, il s'agit de techniciens formés et qui ont suivi un stageconfirmé par un organisme habilité.L'on mettra au même niveau les personnes qui ont acquis les connais-sances nécessaires au cours de leurformation professionnelle.

La conduite des chaudières devraégalement se faire en se servant de la notice d'utilisation. Cette notice devra contenir toutes les informa-tions nécessaires au personnel d'exploitation pour la conduite, les travaux d'entretien et de révision.Est également inclus un relevé destravaux à effectuer par le personnel

4. Fonctionnement autonome pendant 24 heures (SPHP 24 H)

Le générateur de vapeur doit fonc-tionner automatiquement et êtreéquipé de deux équipements de sécurité à auto-contrôle pour la limitation du niveau d'eau en cas deniveau d'eau minimum. Le brûleur à équipements de sécuritésupplémentaires devra égalementêtre homologué pour un fonctionne-ment sans présence humaine permanente (SPHP).

5. Fonctionnement autonome pendant 72 heures (SPHP 72 H)

En plus des équipements pour lefonctionnement autonome pendant24 heures, le niveau d'eau maximalsera à limiter par un amplificateur decommande supplémentaire. Viennents'ajouter un limiteur pour la conducti-vité maximale de l'eau de chaudière,des dispositifs de surveillance de laqualité de l'eau (eau d'appoint,condensats) et des exigences supplémentaires pour l'armoire decommande.

En ce qui concerne les installationsnouvelles, le niveau technique actueldes dispositifs de sécurité et la fiabilitédes appareils conduisent à équiperles chaudières pour un fonctionnementSPHP pendant 24 ou 72 heures, latendance allant vers un fonctionne-ment SPHP pendant 72 heures.

Les fonctionnements décrits aupoints 1 à 3 n'ont actuellement pratiquement plus aucune application.Les remarques suivantes seront àprendre en compte pour un fonction-nement SPHP.

Le personnel d'exploitation devra effectuer les contrôles prévus par les consignes de fonctionnement, les mentionner dans le cahier de chaufferie et les attester par sa signature. Une horloge n'est pasprescrite pour le respect de la fréquence des contrôles.

En outre, une société spécialiséecomme le service après-vente Viessmann, par exemple, devra effectuer tous les semestres uncontrôle des dispositifs de réglage etde limitation non soumis au contrôlerégulier du personnel d'exploitation.La mission du personnel d'exploita-tion s'élargit dans le cas de ces installations à l'entretien et exige des connaissances techniques plusimportantes que celles requises pourla conduite d'installations simples.

En liaison avec des dispositifs decommande moderne (comme les automates programmables, parexemple), il est possible de transmettreles paramètres de la chaudière à unposte de surveillance. Les fonctionsde réglage pourront être égalementactivées depuis ce poste. En outre, unchangement automatique de com-bustible est possible si le brûleur estmixte. Une chaudière verrouillée parun dispositif de sécurité ne pourraêtre réarmée que par un dispositifplacé sur le générateur lui-même.

Fig. 85 : Extrait de la check list pour une chaudière à vapeur (générateur de vapeur et d'eau surchauffée)

d'exploitation sur les différents équipements de la chaudière avec les fréquences (fig. 85).

* liste non exhaustive. La réglementation est encore en évolution à l'heure actuelle

Fonctionnement

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–Travaux d'entretien

Un autre domaine important du travail du service après-vente est laréalisation de travaux d'entretiencomme préparer la chaudière auxcontrôles réguliers (contrôle intérieuret contrôles de solidité et de pressionhydraulique) effectués par l'organismede certification, éliminer les panneset remplacer les composants. Nostechniciens peuvent intervenir en partenariat avec une société d'exploitation spécialisée.

Fig. 90 : Contrôle du fonctionnement selon norme EN 12953-6

– Réparations

Si la partie sous pression présentedes défauts, les réparations néces-saires sont effectuées en accord avecl'organisme de certification. Les homologations nécessaires pour lestravaux de soudure sur la partie souspression, condition indispensableaux travaux de réparation, sont enpossession du service après-vente.

Fonctionnement

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Chaque chaudière devra faire l'objetd'un cahier de chaufferie, tous lescontrôles effectués seront mention-nés et confirmés par la signature dutechnicien. Le registre apportera lapreuve d'une conduite et de travauxd'entretien effectués dans les règleset sera à présenter sur demande àl'expert et aux organismes de contrôlecompétents.

L'employeur est tenu de réaliser uneévaluation des risques. L'on recenseratous les dangers pouvant survenirdans la zone de la chaudière à vapeuravec comme objectif d'assurer unemise à disposition sans risques etune évaluation des outils de travail.

Les chaudières à vapeur haute pres-sion de la catégorie III (pour un produit du volume en litres et de lapression maximale admissible enbar de plus de 1000) et de la catégorieIV devront faire l'objet de contrôlesréguliers de la part d'un organismede contrôle.

Le propriétaire (ou l'exploitant pardélégation) doit déclarer la chaudièreavant la mise en service à la préfecture,selon le décrêt du 13 décembre 1999et l'arrêté du 15 mars 2000 modifié.

Après le contrôle de mise en service,une visite initiale en marche par l'or-ganisme de contrôle doit avoir lieuxentre 6 et 9 mois après la mise enservice.

Des inspections périodiques sontobligatoires tous les 18 mois et descontrôles de sécurité et du moded'exploitation tous les 12 mois.

Une requalification périodique de lachaudière doit avoir lieu tous les 10ans.

Ces délais ne devront pas être dépassés.

Fig. 86 : Rapport de fonctionnement

Un vaste domaine est constitué par les conseils sur les installationsexistantes comme les questions deréduction des coûts de fonctionne-ment, l'amélioration du rendementde l'installation, la modernisation de l'installation et le changement decombustible.

– Mises en service

Lors d'une mise en service effectuéepar Viessmann, tous les dispositifs de réglage et de limitation de la chaudière sont ajustés et contrôlés.Le brûleur est réglé pour atteindredes paramètres de combustion optimaux et respecter les valeurs dedégagements polluants garanties. Le personnel d'exploitation recevraune formation dans le cadre de la mise en service. A la demande duclient, l'on fera fonctionner l'installa-tion dans le cadre des contrôles desmise en service. L'exploitant recevraun procès-verbal de mesure contenanttoutes les valeurs mesurées lors de lamise en service.

– Contrôle de l'installation

Une mission importante est la réali-sation des contrôles périodiques deschaudières vapeur haute pressionfonc-tionnant de manière autonomependant 24 ou 72 heures. Lors ducontrôle, les dispositifs de réglage etde limitation, le brûleur, l'équipementde traitement de l'eau, la qualité del'eau d'alimentation et de chaudièreet l'état général de l'installation sontvérifiés. Des conseils découlant ducontrôle de l'installation seront immédiatement donnés à l'exploitantet au responsable de la chaudière.

Le résultat fera l'objet d'un procès-verbal contenant les paramètres mesurés constatés et des conseilséventuels et qui sera remis au client.Le contrôle effectué sera égalementconsigné dans le registre de fonction-nement.

7.3 Service

Le pôle grandes puissances de Viessmann offre un large éventail de services dans le domaine des générateurs de chaleur et de leur environnement. Les services com-mencent par la fourniture de documents techniques comme lesbrochures techniques, les feuillestechniques, les notices pour l'étude,les conseils de conservation deschaudières.

Fig. 87 : Notice pour l'étude de la Vitomax 200 HS

Les ingénieurs d'affaires Viessmannaffectés aux différentes agences enFrance et les spécialistes des chaudières vapeur sont au servicedes bureaux d'étude, des investisseurset des exploitants pour les conseiller.

Fig. 88 : Prospectus et feuilles techniques Viessmann

Fig. 89 : Réunion de travail avec le client

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8Versions spéciales

Fig. 91 : Générateur de vapeur Vitomax 200 HS avec récupérateur de chaleur équipant l'hôpital deMaribor, Slovénie (6 t/h, 13 bar de vapeur saturée)

8.1 Chaudières de récupération dechaleur

Les chaudières de récupération dechaleur produisent de l'eau surchauf-fée ou de la vapeur saturée à partirde la chaleur contenue dans les gazd'échappements des appareils à combustion ou de l'air très chaud dégagé par les processus industriels.

Il existe par principe deux types dechaudières de récupération de chaleur :

- la chaudière de récupération de chaleur sans équipement de chauffesupplémentaire Les gaz d'échappement ou l'air évacué sont exclusivement employéspour produire de l'eau surchaufféeou de la vapeur saturée.

- le générateur d'eau surchauffée oude vapeur avec une récupération dechaleur. Il s'agit d'une chaudière à brûleur traditionnel avec récupérateur dechaleur supplémentaire

8.2 Chaudières vapeur avec surchauffeur

Un grand nombre d'applications in-dustrielles présentent des exigencesspécifiques en matière de paramètresvapeur.

Dans certains processus, la vapeurest utilisée à une température plusélevée que celle induite par la pression de saturation. La vapeurdoit être surchauffée. Viessmann aconçu à cet effet des surchauffeurs de vapeur spéciaux intercalés entre ledeuxième et le troisième parcours defumées de la Vitomax 200 HS.

Une solution de ce type permet ausurchauffeur de produire de la vapeurà une température dépassant de 50 Kenviron celle de la vapeur saturée.

Fig. 93 : Vitomax 200 HS avec surchauffeur,22 t/h à 10 bar pendant la fabrication, installéedans l'entreprise Klaipedos Kartons AB (fabrication de carton ondulé) à Klaipeda, Lituanie

Fig. 92 : Vitomax 200 HS avec surchauffeur

9 Installations de référence

Beta SentjernejSlovénie

Générateur de vapeur haute pressionVitomax 200 HS, type M237, 10 bar,débit de vapeur : 1,15 t/h

SanovelIstambul

Trois générateurs de vapeur hautepression Vitomax 200 HS, type M235,10 bar, débit de vapeur : 7 t/h unitaire

Installations de référence

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Installations de référence

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Hôpital général de l'Armée de libération du peupleBeijingChine

Six Vitomax 200 HS de 16 t/h chacune,10 bar

Hôpital classé monument historiqueChorzów, Pologne

Trois générateurs de vapeur hautepression Vitomax 200 HS fournissentà l'hôpital le chauffage, l'eau chaudeet la vapeur de process2,4 t/h chacune, 8 bar

Laiterie EmmiLucerneSuisse

Générateur de vapeur, haute pression Vitomax 200 HS10 t/h, 13 bar

FiatModène

Chaudière à vapeur Vitomax 200 HS2,9 t/h, 10 bar

Usine textileRivolta CarmignaniMilanItalie

Deux générateurs de vapeur haute pression Vitomax 200 HS4 t/h, 13 bar

Assemblage de la virole de la chaudièreet de la chambre de combustion cylindrique

Montage de la jaquette d'isolationde la chaudière enusine

Soudage des tubes àla main

Chargement en usineavec des grues mobiles

Oxycoupeuse / chanfreineuse à commande numérique

10 Des méthodes de conception et defabrication modernes assurent unequalité élevée

Les chaudières de moyenne et degrande puissance Viessmann sontmises au point avec les procédés lesplus modernes. La méthode du calculpar éléments finis (finite element)permet d'analyser les variations decontrainte et d'optimiser les disposi-tions des tubes ou les liaisons soudées, par exemple.

Les chaudières Vitoplex sont fabri-quées en série avec un niveau élevéd'automatisation.

Les chaudières de grande puissanceVitomax sont fabriquées en petitesséries ou à la demande. A l'issue deleur fabrication, les chaudières sontsoumises à un essai de pression d'aumoins 1,57 fois la pression de serviceselon la directive appareils sous pression. En ce qui concerne les générateurs de vapeur haute pres-sion et d'eau surchauffée haute pression, les cordons de souduresont contrôlés aux ultra-sons et auxrayons X selon les prescriptions nationales spécifiques.

Fabrication de sous-ensembles

Soudage du corpssous pression en position optimale

Montage de la chaudière

Installation de soudage sous flux en poudre

Des méthodes de conception et defabrication modernes assurent unequalité élevée

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Soudage sous flux enpoudre

Emballage de transportde série

brochure technique_chaudieres a vapeur

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