Économiseur dans une centrale thermique | Économiseur
La demande considérable d'électricité dans le monde a entraîné une augmentation de la taille des centrales électriques. Le processus de production d'énergie électrique, dans une centrale thermique au charbon, est l'une des méthodes les plus répandues et conventionnelles de production massive d'électricité partout dans le monde, car il alimente largement les besoins en énergie d'une population mondiale de plus de 7 milliards d'habitants.
L'augmentation de la taille nécessite une augmentation de la consommation de combustible. Mais comme nous le savons tous, la disponibilité du charbon sous la croûte terrestre ne durera pas éternellement. Ainsi, le processus de production d'énergie devient de plus en plus coûteux chaque jour qui passe.
Deuxièmement, toutes les grandes centrales thermiques possèdent des centaines d'instruments extrêmement sophistiqués, et chacun d'eux a un certain niveau de perte d'énergie associée. Ainsi, le résultat final est que l'efficacité de la centrale est limitée à seulement 20 % à 26 % selon la capacité de la centrale.
Les deux contraintes mentionnées ci-dessus soulignent le fait qu'il y a un besoin urgent d'économiser le processus de production d'énergie, et un économiseur est un dispositif qui aide à faire exactement cela. Il me semble donc que cela vaudrait la peine pour nous tous d'examiner en détail le processus d'économisation.
Qu'est-ce qu'un économiseur ?
Un économiseur est un dispositif mécanique utilisé comme échangeur de chaleur en préchauffant un fluide pour réduire la consommation d'énergie. Dans une chaudière à vapeur, c'est un dispositif d'échange de chaleur qui chauffe les fluides ou récupère la chaleur résiduelle des produits de combustion, c'est-à-dire les fumées, dans une centrale thermique avant qu'elles ne soient libérées par la cheminée. Les fumées sont les gaz d'échappement de combustion produits dans les centrales électriques, composés principalement d'azote, de dioxyde de carbone, de vapeur d'eau, de suie, de monoxyde de carbone, etc.
Ainsi, l'économiseur dans les centrales thermiques, est utilisé pour économiser le processus de production d'électricité, comme l'indique le nom du dispositif. La chaleur récupérée est ensuite utilisée pour préchauffer l'eau d'alimentation de la chaudière, qui sera finalement convertie en vapeur surchauffée. Cela permet d'économiser sur la consommation de combustible et d'économiser le processus dans une large mesure, car nous collectons essentiellement la chaleur perdue et l'utilisons là où elle est nécessaire. De nos jours, cependant, en plus de cela, la chaleur disponible dans les fumées d'échappement peut être économiquement récupérée en utilisant un préchauffeur d'air, qui est essentiel dans toutes les chaudières à charbon pulvérisé.
Principe de fonctionnement de l'économiseur
Comme le montre la figure ci-dessus, les fumées sortant du foyer de la chaudière à vapeur transportent beaucoup de chaleur. La fonction de l'économiseur dans une centrale thermique est de récupérer une partie de la chaleur emportée par les fumées vers la cheminée et de l'utiliser pour chauffer l'eau d'alimentation de la chaudière. Il s'agit simplement d'un échangeur de chaleur avec des gaz de fumée chauds du côté coque et de l'eau du côté tube avec une surface de chauffe étendue telle que des ailettes ou des nageoires.
Les économiseurs dans les centrales thermiques doivent être dimensionnés en fonction du volume et de la température des gaz de fumée, de la pression maximale de chute passant par la cheminée, du type de combustible utilisé dans la chaudière et de la quantité d'énergie à récupérer.
Lorsque l'eau est bouillie dans la chaudière à vapeur, la vapeur produite est ensuite surchauffée, puis elle est envoyée aux turbines. Ensuite, la vapeur épuisée des pales de turbine est passée à travers le condenseur de vapeur de la turbine, où la vapeur est condensée, et cette eau condensée est ensuite préchauffée d'abord dans le chauffe-eau d'alimentation, puis dans l'économiseur avant d'être re-alimentée dans la chaudière.
Il est placé dans le passage des gaz de fumée entre la sortie de la chaudière et l'entrée de la cheminée. Dans ce dispositif, un grand nombre de tubes de petit diamètre et à paroi fine sont placés entre deux en-têtes. Les gaz de fumée circulent à l'extérieur des tubes, généralement en contre-courant.
Processus de transfert de chaleur dans l'économiseur, l'évaporateur et le surchauffeur
Le transfert de chaleur à l'eau dans le générateur de vapeur se fait dans 3 régimes différents, comme le montre la figure ci-dessous. L'eau est d'abord sensiblement préchauffée dans l'économiseur en phase liquide à une certaine pression, de l'état 4 à l'état 5 (voir le diagramme ci-dessous) jusqu'à ce qu'elle devienne un liquide saturé.
Elle est ensuite envoyée à l'évaporateur, où ce liquide saturé est bouilli, associant un changement de phase de 5 à 6 en absorbant la chaleur latente de vaporisation, à cette pression particulière.
Maintenant, ce vapeur saturé à l'état 6 est chauffé davantage dans le surchauffeur, pour le ramener à l'état 1, c'est-à-dire en phase gazeuse ou vapeur. Pour une masse unitaire de fluide, les équations de transfert de chaleur dans les 3 types d'échangeurs de chaleur sont données par,
QÉconomiseur = h5 – h4
QÉvaporateur = h6 – h5
QSurchauffeur = h1 – h6
Parmi ces 3 principaux composants d'échangeurs de chaleur, seul l'économiseur fonctionne sans consommation de combustible, et il est donc l'un des équipements les plus vitaux et économiques dans une centrale thermique.
Types d'économiseurs
Économiseur à tubes à ailettes en fonte
Les économiseurs à tubes à ailettes sont fabriqués en fonte, avec des ailettes en fonte de qualité, et ont les caractéristiques suivantes,
Une efficacité optimale élevée grâce à un contact approprié des ailettes avec les tubes.
Utilisés couramment dans les centrales où des gaz de fumée toxiques sont produits en raison de la qualité du combustible brûlé.
Économiseur à tubes à ailettes rondes
Ces économiseurs sont fabriqués en acier doux, avec des ailettes carrées et rondes, soudées sur des tubes en acier inoxydable, et ont la caractéristique suivante,
Un contact approprié entre les tubes et les ailettes est assuré pour une efficacité optimale.
Économiseur à tubes enroulés
Ces économiseurs sont utilisés principalement dans les centrales thermiques et les grandes unités de traitement. Ces économiseurs à tubes enroulés sont fabriqués en acier inoxydable, et ont les caractéristiques suivantes,
Ils sont très efficaces pour récupérer la chaleur des gaz.
Occupe très peu d'espace.
Économiseur à tubes à ailettes horizontales
Dans ce cas, des tubes en acier inoxydable sont soudés avec des ailettes horizontales pour former un ensemble complet d'économiseur pour le transfert de chaleur, et ont les caractéristiques suivantes,
