Quelle est la différence entre une chaudière à tubes d'eau et une chaudière à tubes de fumée ?
Une chaudière à tubes d'eau et une chaudière à tubes de fumée sont deux types de chaudières utilisées pour produire de la vapeur. La principale différence entre elles réside dans la manière dont la chaleur est transférée à l'eau pour générer de la vapeur. Cet article explique les principales différences entre les chaudières à tubes d'eau et à tubes de fumée ; il couvre leur conception, leurs principes de fonctionnement, leurs applications, ainsi que leurs avantages et inconvénients.
Comparaison entre chaudière à tubes d'eau et chaudière à tubes de fumée
Bon à savoir – les chaudières à 'tubes de fumée' peuvent également être appelées 'tubefumée' ou 'tube-fumée', mais tous ces termes désignent la même chose. De même, 'tubes d'eau', 'tubedeau' et 'tube-d'eau' sont simplement des variantes orthographiques du même terme. Cet article utilise volontairement tous ces termes pour familiariser le lecteur avec eux.
Tubes de chaudière à tubes de fumée (gauche) et tubes de chaudière à tubes d'eau (droite).
Conception et principe de fonctionnement
Chaudières à tubes d'eau
Les chaudières à tubes d'eau comportent des tubes dans lesquels circule de l'eau, chauffés par des gaz de combustion (gaz d'échappement) à l'extérieur. L'eau absorbe la chaleur des gaz de combustion en se déplaçant à travers les tubes, ce qui la transforme en vapeur ; cette vapeur est ensuite collectée dans un tambour à vapeur ou un collecteur. Les chaudières à tubes d'eau peuvent fonctionner à des pressions plus élevées que les chaudières à tubes de fumée en raison de la contenance de l'eau dans les tubes et de la plus petite limite de pression résultante.
Chaudière à tubes d'eau
Bon à savoir – la vapeur produite est généralement collectée dans des collecteurs puis déchargée dans un tambour à vapeur, mais cela dépend de la conception de la chaudière à tubes d'eau.
Chaudières à tubes de fumée
Dans une chaudière à tubes de fumée, les gaz chauds du processus de combustion passent à travers une série de tubes immergés dans un réservoir rempli d'eau. À mesure que l'eau entourant les tubes augmente en température, elle change d'état pour devenir de la vapeur, qui s'accumule ensuite au sommet de la coque de la chaudière.
Chaudière à tubes de fumée
Applications
Les chaudières à tubes d'eau sont généralement utilisées pour des applications à haute pression, telles que dans les centrales thermiques, en raison de leur capacité à fonctionner à des pressions et des températures élevées (les turbines à vapeur nécessitent à la fois une vapeur à haute pression et haute température pour fonctionner efficacement). À l'inverse, les chaudières à tubes de fumée sont utilisées dans des applications à basse pression comme le chauffage et la fourniture de vapeur de procédé pour des installations industrielles de petite à moyenne taille. Une chaudière à tubes d'eau typique d'une centrale électrique peut fonctionner à 3 200 psi, 932°F (220 bar, 500°C) ou plus.
Chaudière à tubes d'eau de centrale électrique
Avantages et inconvénients des chaudières à tubes d'eau
Les chaudières à tubes d'eau sont capables de gérer des pressions plus élevées et ont un taux de production de vapeur plus important (taux d'évaporation plus élevé) grâce à leurs nombreux tubes à paroi mince. Elles offrent une plus grande flexibilité pour répondre aux changements de charge et sont considérées comme plus sûres en raison d'un risque plus faible de défaillance catastrophique. Cependant, leur conception complexe entraîne des coûts initiaux et des besoins de maintenance plus élevés.
Avantages et inconvénients des chaudières à tubes de fumée
Plus simples dans leur conception, les chaudières à tubes de fumée sont plus faciles à utiliser et à entretenir, et elles sont généralement moins chères à acheter et à installer. Leurs limitations incluent une pression et une capacité de vapeur restreintes, une réponse plus lente aux changements de charge, et une efficacité moindre lors de la gestion des demandes fluctuantes.
Section transversale de chaudière à tubes de fumée
Bon à savoir – une chaudière à tubes de fumée a une grande coque cylindrique unique. La coque est fabriquée à partir d'une plaque d'acier plate qui est roulée puis soudée ensemble aux coutures. Les chaudières à tubes de fumée sont limitées dans leur plage de pression de travail car la coque de la chaudière agit comme une grande limite de pression. Augmenter la résistance de la coque nécessite une plaque plus épaisse, ce qui devient économiquement coûteux et difficile à fabriquer à mesure que la taille de la chaudière augmente. Pour cette raison, les chaudières à tubes de fumée ne conviennent pas pour fonctionner à haute pression.
Processus de production de la coque de chaudière à tubes de fumée
Comparaison entre chaudières à tubes de fumée et chaudières à tubes d'eau
Les chaudières à tubes d'eau sont appropriées pour des applications à grande échelle, à haute pression et haute température, et sont plus capables de s'adapter aux changements rapides de charge.
Les chaudières à tubes de fumée sont appropriées pour des applications à basse à moyenne pression et à températures plus basses ; elles sont également plus simples dans leur conception, plus faciles à installer et à entretenir.
Ressources supplémentaires
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/fire-tube
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214157X2100410X
https://www.iqsdirectory.com/articles/boiler/water-tube-boilers.html
https://ivypanda.com/essays/fire-tube-boiler-the-case-study/