Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
C

chaudière (suite)

Tendances générales


Grandes chaudières

L’évolution des grandes chaudières de centrales électriques les différencie de plus en plus des moyennes et petites chaudières. En premier lieu, elle se manifeste par l’augmentation de la puissance unitaire, qui entraîne une réduction du nombre d’unités. Vers 1900, à la centrale de Saint-Denis, 56 chaudières de 8 à 10 t/h alimentaient dix turbines de 5 à 6 MW ; en 1967, à la centrale de Porcheville une chaudière de 1815 t/h suffit pour une turbine de 600 MW ; l’interconnexion des centrales a permis de se contenter d’une chaudière par turbine ; les puissances unitaires des groupes croissent maintenant par paliers. Le palier actuel des tranches des centrales E. D. F. est de 600 MW, avec une pression de 163 bars et une surchauffe à 565 °C. D’autre part, on recourt à la resurchauffe et au réchauffage méthodique de l’eau par soutirage pour améliorer le rendement thermodynamique, et au recyclage des gaz dans le foyer pour augmenter la stabilité de la surchauffe et réduire les encrassements par cendres collantes ; une partie des nappes des surchauffeurs est soumise au rayonnement de la flamme ; on met généralement le foyer en surpression. Enfin, toutes les techniques d’automatisme, de contrôle et de régulation se sont fortement développées.


Moyennes et petites chaudières

Une certaine tendance à l’augmentation de puissance unitaire et de pression se manifeste également pour ces chaudières ; mais la surchauffe, quand elle existe, ne dépasse guère 450 °C. Parallèlement à la modernisation de types traditionnels, on a conçu des chaudières de faible encombrement, à forte densité de chaleur dans des chambres de combustion garnies d’écrans et que l’on munit de dispositifs automatiques.


Types de chaudières


Chaudières à foyer intérieur

La chambre de combustion est située à l’intérieur du corps de chaudière, nécessairement au-dessous du plan d’eau. Cela implique un diamètre de corps d’autant plus gros que la puissance est plus élevée. Ce type de chaudières ne s’applique donc qu’à des pressions et des puissances modérées. Mais les pertes de chaleur par les parois sont très faibles.

Dans les chaudières horizontales à foyer intérieur, la chambre de combustion, généralement cylindrique, est excentrée vers le bas, et parfois vers un des côtés, par rapport au corps de chaudière ; sa paroi forme une surface de rayonnement très active. On la complète par une surface de convection très développée, formée d’un ou plusieurs faisceaux de tubes de fumée, également immergés.

Dans les chaudières de locomotive, le faisceau prolonge le foyer ; dans les chaudières industrielles, le foyer aboutit dans une boîte à fumée, d’où part en sens inverse un faisceau qui peut lui-même être suivi d’un troisième parcours, avec changement de sens à chaque fois. Sous des formes modernisées, ce type classique est actuellement très répandu dans le domaine des moyennes et petites chaudières.

Dans les chaudières verticales à foyer intérieur, dont le plan d’eau occupe une section circulaire, la surface complémentaire est constituée par des tubes à circulation d’eau, généralement des tubes Field. (Dans l’axe d’un tel tube en cul-de-sac, un tube directeur permet la descente de l’eau, le mélange eau-vapeur remontant dans l’espace annulaire.)


Chaudières à foyer extérieur

Si le foyer est extérieur au corps de chaudière, le dessous de celui-ci ne peut offrir qu’une surface de chauffe limitée ; pour obtenir une surface suffisante, on peut soit faire traverser ce corps par un faisceau de tubes de fumée, soit exposer sur toute leur périphérie des éléments pleins d’eau communiquant avec le corps principal. Les chaudières semi-tubulaires à bouilleurs combinent ces deux solutions, mais conservent les inconvénients des gros diamètres sans avoir les avantages du foyer intérieur.

L’application radicale de la seconde solution conduit aux chaudières à tubes d’eau (chaudières aquatubulaires ou multitubulaires) ; le corps cylindrique se réduit alors à un réservoir généralement soustrait à l’action des gaz chauds ; il fournit à la vapeur un plan de dégagement et la collecte avant son départ vers le circuit d’utilisation ou le surchauffeur ; de plus, il constitue une réserve d’eau à la température d’ébullition dont la vaporisation partielle permet de faire face à une augmentation rapide de la demande de vapeur. Si la demande est sujette à des variations brusques et massives, il faut conserver une capacité assez importante ; dans d’autres cas, le réservoir n’est plus guère qu’un gros collecteur séparateur ; mais la surface de plan d’eau relativement faible par rapport au débit de vapeur impose des dispositifs efficaces de séparation (chicanes, cyclones, etc.). Seul adapté aux hautes pressions et aux grandes puissances, le type aquatubulaire réduit les sujétions d’installation des petites chaudières. Il se prête bien à l’insertion de surchauffeurs et à l’adjonction de récupérateurs, l’ensemble pouvant prendre les formes les plus variées, depuis les chaudières à faisceaux de faible pente ou à faisceaux verticaux jusqu’aux chaudières de grandes centrales, véritables édifices, et d’autre part jusqu’aux moyennes et petites unités très ramassées, dites « à rayonnement total », dans lesquelles tout le flux de rayonnement de la flamme est reçu directement par la surface tubulaire et non par l’intermédiaire du rayonnement des maçonneries. Ces. dernières équivalent, de ce point de vue, à des chaudières à foyer intérieur, et les pertes par les parois sont très faibles.


Circulation interne dans le vaporisateur

Dans les chaudières à gros corps, cette circulation se fait par convection naturelle dans la masse ; on peut la favoriser par une disposition dissymétrique du foyer intérieur et des tubes de fumée. Les tubes Field sont des unités autonomes de circulation. Dans les chaudières à tubes d’eau, la circulation est généralement naturelle, mais elle implique une disposition appropriée de l’ensemble. Dans certaines grandes unités, on accélère la circulation interne au moyen de pompes de circulation ; cette circulation forcée en circuit fermé s’applique aussi aux moyennes et petites chaudières, dont la surface de chauffe peut alors être formée de serpentins très serrés. Dans certaines chaudières, il n’y a pas de circulation interne en circuit fermé ; l’eau refoulée par la pompe alimentaire parcourt l’économiseur et le faisceau vaporisateur avant de parvenir au réservoir séparateur, qui peut même disparaître. C’est la circulation forcée en circuit ouvert.