Lacapacité d’une chaudière à vapeur détermine la quantité de vapeur qui peut être produite par unité de temps. Son calcul correct est essentiel pour l’efficacité énergétique, la sécurité et la continuité du système.
Qu’est-ce que la capacité d’une chaudière à vapeur ?
La capacité d’une chaudière à vapeur est généralement exprimée dans les unités suivantes :
- kg/h (kilogramme/heure)
- t/h (tonnes/heure) → 1 t/h = 1000 kg/h
- kcal/h → 1 kcal = 4,1868 kJ
- MW → Puissance thermique (1 kcal/h = 1,163 × 10-⁶ MW)
Cette capacité est calculée en fonction de paramètres tels que le débit de vapeur, la pression, la température, la température de l’eau d’alimentation et le type de vapeur.
Plages de capacité selon les types de chaudières
| Type de chaudière | Plage de capacité (tonnes/heure) |
|---|---|
| Type Scotch | 1 – 40 |
| Stokerli | 1 – 10 |
| Type D | 4 – 40 |
| Lit fluidisé | 6 – 100 |
| Grille rotative | 4 – 40 |
Ce tableau est préparé selon les données techniques des chaudières à vapeur Hisarmak.
Formule de base pour le calcul de la capacité
La principale équation thermodynamique utilisée pour déterminer la capacité de la chaudière :
Q = m × (hv - hf)
- Q : Puissance thermique requise (kcal/h)
- m : Débit de vapeur (kg/h)
- hv: enthalpie spécifique de la vapeur (kcal/kg)
- hf: enthalpie spécifique de l’eau d’alimentation (kcal/kg)
Note : Les valeurs d’enthalpie doivent être tirées des tables de vapeur IAPWS IF97 ou TS EN 12952.
Valeurs enthalpiques (base pression-température)
Les valeurs d’enthalpie de la vapeur et de l’eau en fonction de la pression de saturation sont indiquées ci-dessous :
| Pression (bar) | Température (°C) | hv (kcal/kg) | hf @ 80 °C (kcal/kg) |
|---|---|---|---|
| 6 | 158 | 659 | ~335 |
| 10 | 184 | 660 | ~335 |
| 16 | 201 | 662 | ~335 |
En casd’utilisation de vapeur surchauffée, la valeur hvhv augmente jusqu’à 700-850 kcal/kg.
Exemple pratique de calcul
Données du procédé :
- Besoin en vapeur 12 000 kg/h
- Pression 10 bar (vapeur saturée)
- Température de l’eau d’alimentation : 80 °C
- hv: 660 kcal/kg
- hf: 335 kcal/kg
Q = 12 000 × (660 - 335) = 3 900 000 kcal/h
Conversion en puissance thermique (MW)
1 kcal/h = 1,163 × 10-⁶ MW
3 900 000 × 1 163 × 10-⁶ ≈ 4,54 MW
Dans ce cas, la chaudière à vapeur doit avoir une puissance thermique minimale de 4,54 MW.
Calcul de la consommation de combustible (selon LHV)
Énergie combustible = Q / η
Efficacités par défaut des chaudières :
| Type de chaudière | Rendement (η) (%) |
|---|---|
| Chaudière écossaise | 85-88 |
| Lit fluidisé | 80-90 |
| Type D | 88-92 |
Exemple : Si le rendement est de 88% : 3.900.000 / 0.88 = 4.431.818 kcal/h
📌 Pouvoirs calorifiques inférieurs (PCI) des combustibles :
| Type de combustible | PCI (kcal/kg) |
|---|---|
| Gaz naturel | 8.500 |
| Charbon de pierre | 6.500 |
| Biomasse | 3.500 – 4.500 |
En cas d’utilisation de gaz naturel : Consommation de combustible = 4 431 818 / 8 500 ≈ 521,4 kg/h
Charge simultanée et consommation de pointe
Dans le calcul de la capacité, il convient de tenir compte non seulement de l’équipement total, mais aussi de la charge des systèmes fonctionnant simultanément. Si tous les équipements ne fonctionnent pas simultanément, une moyenne pondérée est prise avec des facteurs multiplicateurs.
📌 En outre, dans les scénarios de consommation de pointe, une charge supplémentaire de 10 à 15 % peut se produire à court terme. Il convient d’en tenir compte dans le calcul.
Récupération du condensat
Le retour des condensats augmente le hf en augmentant la température de l’eau d’alimentation, ce qui permet à la chaudière de consommer moins de combustible.
Si le retour de condensat est de 80 %, la température de l’eau d’alimentation peut être de 95-100 °C, et non de 80 °C.
Dans ce cas, hf ≈ 400 kcal/kg → la différence d’énergie diminue considérablement.
Type de vapeur : Saturée ou en colère
| Type de vapeur | Zone d’utilisation | Enthalpie (kcal/kg) |
|---|---|---|
| Vapeur saturée | Transfert de chaleur, vapeur de traitement | 640-670 |
| Vapeur surchauffée | Turbine, production d’électricité | 700-850 |
En cas d’utilisation de vapeur surchauffée, la valeur de l’enthalpie doit être augmentée dans le calcul de la capacité.
Facteur de sécurité et d’expansion
Réserve de conception recommandée par l’industrie :
Capacité totale = Q × 1,15
Ce multiplicateur garantit un fonctionnement stable du système en cas d’augmentation future de la production et d’éventuelles augmentations soudaines de la charge.
Le calcul de la capacité d’une chaudière à vapeur n’est pas seulement un multiplicateur de débit de vapeur, mais aussi une analyse d’ingénierie énergétique. Dans cette analyse
- Différences d’enthalpie
- Efficacité de la chaudière
- Pouvoirs calorifiques inférieurs des combustibles
- Système de condensat
- Type de vapeur
- Relations pression-température
- Les charges de pointe et les opérations simultanées telles que
De nombreux paramètres doivent être pris en considération.
Sur la base de tous ces critères d’ingénierie,Hisarmak propose des solutions de chaudières à vapeur personnalisées, de capacité précise et à haut rendement pour les installations industrielles.
