Un chaudière à tubes de fumée est un type de chaudière qui utilise des gaz chauds provenant d'un feu pour chauffer l'eau à l'intérieur d'une série de tubes. Les tubes sont entourés d'eau dans un conteneur scellé. La chaleur des gaz se transfère à travers les parois des tubes par conduction thermique, créant de la vapeur qui peut être utilisée à diverses fins.
Les chaudières à tubes de fumée sont l'un des plus anciens et des types de chaudières les plus basiques. Elles étaient largement utilisées au 18ème et 19ème siècles, en particulier pour les locomotives à vapeur et autres moteurs à vapeur. Aujourd'hui, les chaudières à tubes de fumée sont encore utilisées pour certaines applications industrielles et commerciales, telles que le chauffage, la production d'énergie et la vapeur de processus.
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Une chaudière à tubes de fumée est définie comme une chaudière qui se compose d'un conteneur scellé rempli d'eau et d'une série de tubes qui y passent. Les tubes transportent des gaz chauds provenant d'un feu (généralement alimenté par du charbon, du pétrole ou du gaz) qui chauffent l'eau et génèrent de la vapeur.
Les principaux composants d'une chaudière à tubes de fumée sont :
Foyer : La chambre où le combustible est brûlé pour produire des gaz chauds.
Tubes de fumée : Les tubes qui transportent les gaz chauds du foyer à la boîte à fumée.
Boîte à fumée : La chambre où les gaz chauds sont collectés et évacués par la cheminée.
Dôme de vapeur : La partie supérieure de la chaudière où la vapeur est collectée et distribuée aux sorties.
Superchauffeur : Un dispositif optionnel qui chauffe davantage la vapeur pour la rendre sèche et surchauffée.
Grille : La plateforme sur laquelle le combustible est placé pour la combustion.
Entrée d'eau d'alimentation : Le tuyau qui fournit de l'eau à la chaudière.
Sortie de vapeur : Le tuyau qui livre la vapeur à l'endroit souhaité.
Le fonctionnement d'une chaudière à tubes de fumée est simple et direct. Le combustible est brûlé dans le foyer, créant des gaz chauds qui passent à travers les tubes de fumée. La chaleur des gaz se transfère à l'eau entourant les tubes, augmentant sa température et sa pression. La vapeur monte ensuite au dôme de vapeur, où elle peut être extraite pour diverses utilisations. L'eau est renouvelée par l'entrée d'eau d'alimentation.
La pression et la température de la vapeur dépendent de la taille et de la conception de la chaudière, ainsi que de la qualité et de la quantité du combustible. Généralement, les chaudières à tubes de fumée peuvent produire de la vapeur à basse ou moyenne pression (jusqu'à 17,5 bar) et à faible ou moyenne capacité (jusqu'à 9 tonnes métriques par heure).
L'un des principaux inconvénients des chaudières à tubes de fumée est qu'elles ont une capacité limitée à produire de la vapeur à haute pression et haute capacité. Cela est dû au fait qu'elles ont un seul grand récipient qui contient à la fois l'eau et la vapeur, ce qui rend difficile le contrôle de leur pression et de leur température. De plus, les chaudières à tubes de fumée sont susceptibles d'exploser si leur récipient est rompu en raison d'une pression excessive ou d'un dommage.
Il existe différents types de chaudières à tubes de fumée selon divers critères, tels que :
Emplacement du foyer : Il existe deux catégories principales de chaudières à tubes de fumée selon l'emplacement de leur foyer : foyer externe et foyer interne. Les chaudières à foyer externe ont leur foyer à l'extérieur du récipient principal, tandis que les chaudières à foyer interne ont leur foyer à l'intérieur ou attaché à celui-ci.
Orientation de l'axe de la chaudière : Il existe deux catégories principales de chaudières à tubes de fumée selon leur orientation : horizontales et verticales. Les chaudières horizontales ont leur axe parallèle au sol, tandis que les chaudières verticales ont leur axe perpendiculaire à celui-ci.
Nombre et forme des tubes de fumée : Il existe divers types de chaudières à tubes de fumée selon le nombre et la forme de leurs tubes de fumée, tels que tube unique, multi-tubes, tubes droits, tubes courbés, etc.
Certains des types de chaudières à tubes de fumée les plus courants sont :
Une chaudière Cochran est un type de chaudière à tubes de fumée verticale qui a une coque cylindrique avec un sommet en dôme. Elle a un ou plusieurs tubes de fumée qui courent le long de sa longueur. Elle a également un foyer externe qui peut être alimenté au charbon ou au pétrole.
Une chaudière Cochran peut produire de la vapeur à basse pression (jusqu'à 10,5 bar) et à faible capacité (jusqu'à 3500 kg par heure). Elle est compacte et facile à opérer. Elle est principalement utilisée pour des applications industrielles à petite échelle, telles que le chauffage, la production d'énergie et la vapeur de processus.
Une chaudière Cornish est un type de chaudière à tubes de fumée horizontale qui a une longue coque cylindrique avec un seul conduit large contenant le feu. Elle a une conception simple et un coût de maintenance faible. Elle peut produire de la vapeur à pression moyenne (jusqu'à 12 bar) et à capacité moyenne (jusqu'à 6500 kg par heure).
Une chaudière Cornish a été développée par Richard Trevithick en 1812 et était largement utilisée pour les moteurs à vapeur dans l'industrie minière. Elle est similaire à une chaudière Lancashire mais n'a qu'un seul conduit au lieu de deux.
Une chaudière de locomotive est un type de chaudière à tubes de fumée horizontale qui a un foyer interne et un grand nombre de tubes de fumée. Elle a également une extension à une extrémité appelée la boîte à feu, qui abrite la grille et fournit une surface de chauffe supplémentaire. Elle a également un superchauffeur qui augmente la température et la sécheresse de la vapeur.
Une chaudière de locomotive peut produire de la vapeur à haute pression (jusqu'à 25 bar) et à grande capacité (jusqu'à 9000 kg par heure). Elle est rapide à monter en vapeur et réactive aux changements de charge. Elle était principalement utilisée pour alimenter les locomotives à vapeur jusqu'à ce qu'elles soient remplacées par des moteurs diesel ou électriques.
Une chaudière Scotch Marine est un type de chaudière à tubes de fumée horizontale qui a un ou plusieurs grands récipients cylindriques contenant deux ou plusieurs foyers et plusieurs tubes de fumée. Elle a également une chambre arrière humide externe qui améliore son efficacité et réduit son poids.
Une chaudière Scotch Marine peut produire de la vapeur à haute pression (jusqu'à 30 bar) et à grande capacité (jusqu'à 27000 kg par heure). Elle est robuste dans sa construction et adaptée aux applications maritimes, telles que le chauffage, la production d'énergie et la propulsion.
