Types de chaudières à haute pression

Une chaudière est un récipient dans lequel l'eau est chauffée sous pression et vaporisée en vapeur dans un but précis. Il existe plusieurs types de chaudières, chauffées au charbon, aux combustibles solides, au fioul ou au gaz. Les chaudières varient considérablement en taille, des petites unités portables ou assemblées en atelier aux grands fours qui brûlent 6 tonnes de charbon par minute. Les chaudières fonctionnent à pression positive et toutes les pièces doivent être suffisamment solides pour résister à la pression de la vapeur qu'elles génèrent. La plupart des chaudières à haute pression sont utilisées à des fins commerciales ou industrielles.

Les chaudières sont également classées selon leur capacité de pression, leur type de conception et leur utilisation. La pression de service maximale admissible, ou MAWP, est la pression la plus élevée à laquelle le récipient (chaudière) est conçu pour résister. Cette pression est mesurée en livres par pouce carré ou « psi », et la pression manométrique est exprimée en « psig ». L'incendie national La Prevention Association et les normes fédérales définissent une chaudière à vapeur de type II comme une chaudière qui produit de la vapeur à haute pression entre 16 et 150 psig. Une chaudière à vapeur de type III produit de la vapeur entre 151 et 350 psig.

Dans ce type de chaudière, le combustible est brûlé à l'intérieur du four, créant un gaz chaud qui chauffe l'eau circulant dans ses tubes. L'eau est convertie en vapeur qui monte pour être capturée dans un tambour à vapeur, où la vapeur saturée est soutirée. Celui-ci rentre dans le four par un surchauffeur, où il devient encore plus chaud. Lorsque la température de la vapeur surchauffée est supérieure au point d'ébullition, elle devient un gaz sec et sous pression qui est utilisé pour entraîner les turbines. La plupart des modèles de chaudières à tubes d'eau ont une capacité de 4 500 à 120 000 kilogrammes par heure de vapeur. Les chaudières à tubes d'eau dans les centrales thermiques sont également appelées unités de production de vapeur.

La chaudière Benson est appelée générateur de vapeur supercritique et est souvent utilisée pour produire de l'électricité. Il fonctionne à une pression si élevée, plus de 3 200 psi, que l'ébullition réelle s'arrête et qu'il n'y a pas de séparation eau-vapeur. Il n'y a pas de bulles, car la température de l'eau est supérieure à la pression critique à laquelle des bulles peuvent se former. Cette vapeur travaille dans une turbine haute pression, puis pénètre dans le condenseur du générateur. Le terme « chaudière » ne doit pas être utilisé avec ce générateur de vapeur car l'ébullition ne se produit pas vraiment.

Ce type de chaudière vaporise l'eau puis chauffe la vapeur dans un surchauffeur, produisant de la vapeur à une température beaucoup plus élevée. Cela crée une température d'échappement des gaz de combustion plus élevée à moins qu'un « économiseur » ne soit utilisé. L'économiseur chauffe l'eau d'alimentation, qui traverse un réchauffeur d'air de combustion dans le trajet de l'évacuation des fumées chaudes. Cette vapeur surchauffée augmente souvent l'efficacité globale de la production de vapeur et son utilisation avec des gains de température d'entrée aux turbines. La vapeur surchauffée crée des problèmes de sécurité, car si un composant du système tombe en panne et que de la vapeur s'échappe, la pression et la température élevées peuvent être mortelles. La température dans la zone de la chaudière à gaz est généralement comprise entre 2 400 et 2 900 degrés Fahrenheit. Certains d'entre eux sont des appareils de chauffage à convection, absorbant la chaleur d'un gaz semblable à un fluide, tandis que d'autres sont radiants, absorbant la chaleur du rayonnement.