Le principe de fonctionnement d'une chaudière à vapeur pour le chauffage domestique

Installation de chaudières à vapeur à combustible solide

La conception des chaudières à vapeur à combustible solide est une boîte horizontale à un seul feu, composée de deux secteurs cylindriques de diamètres différents. Ces cylindres sont insérés les uns dans les autres et reliés par des brides et un collecteur de vapeur. Ainsi, une chambre de combustion est située devant le tube à feu, et un faisceau de tuyaux à l'arrière. Le principe de fonctionnement des chaudières à vapeur à combustible solide est basé sur l'échange thermique de liquide et de gaz. Lors de la combustion du combustible, des gaz de combustion à haute température se forment dans la partie combustible de la chaudière. En passant par les conduits de gaz, des flux de fumée chaude se lavent autour des faisceaux de tubes, dans lesquels l'eau circule. Ainsi, les gaz transfèrent l'énergie thermique à l'eau, et ils sont eux-mêmes refroidis par contact avec des tuyaux froids. En conséquence, l'eau chauffée dans les tuyaux libère de la vapeur qui s'accumule dans le tambour supérieur de la chaudière.

La chaudière est contrôlée par l'instrumentation et l'automatisation de la chaudière. Les appareils auxiliaires surveillent les changements de température et de pression de l'eau, et l'automatisation de la chaufferie garantit le fonctionnement sûr des appareils grâce aux capteurs intégrés.

Technologie de fabrication de chaudières à vapeur

Que faut-il pour créer un tel système?

• Tôle d'acier inoxydable de 1 mm.
• Tuyaux de différents diamètres en acier inoxydable - 100–120 mm, 10–30 mm.
• Soupape de sécurité.
• Amiante sous forme de feuilles.

Tout d'abord, vous devez obtenir les plans de la chaudière à vapeur. Ce n'est pas un problème aujourd'hui, puisqu'ils sont disponibles gratuitement sur Internet. La deuxième tâche consiste à déterminer la puissance de l'appareil. Tout dépendra du système de chauffage à vapeur, de la taille d'une maison privée, du nombre de radiateurs, etc. D'autres articles sur notre site Web vous aideront à résoudre ce problème. Troisièmement, vous devez choisir la forme de l'unité. Il peut être rond, carré ou rectangulaire.

Chaudière à vapeur haute pression

Pour faciliter la fabrication, vous pouvez prendre un tuyau de 100 à 110 cm de long qui sera le corps de l'appareil. Veuillez noter que l'épaisseur de la paroi doit être d'au moins 2,5 mm. Un point très important est la construction de la chambre de combustion et la fourniture de tubes de flamme et de fumée.

La chambre de combustion est mieux faite de tôles en acier inoxydable, dans lesquelles des trous sont percés pour les tuyaux décrits. Leurs extrémités sont nécessairement roulées pour créer une butée serrée aux surfaces. Pour une meilleure étanchéité et augmenter la résistance de la connexion, les tubes doivent être soudés à l'argon. Si vous ne possédez pas ces compétences, vous pouvez les souder avec des électrodes permanentes.

Après cela, vous devez souder le collecteur de tuyaux et installer la soupape de sécurité. L'unité est isolée avec des feuilles d'amiante. Sur ce, on peut considérer que le travail est terminé. Ensuite, le système de chauffage à vapeur et la chaudière sont connectés.

Types de chaudières

Toutes les chaudières à vapeur à combustible solide peuvent être divisées en deux petits groupes: les chaudières à vapeur au charbon (lignite et houille) et les chaudières à vapeur au bois. En fonction du combustible consommé, les chaudières ont leurs propres variantes de fours. Il peut s'agir de fours mécaniques à grille mobile, à grille à bande de mouvement vers l'avant, à grilles poussantes, à grilles inclinées ou à grille fixe et barre de bruissement.

Types de chaudières à combustible solide modernes

Selon la structure et le type de combustible, les chaudières à combustible solide modernes peuvent être classées dans les types principaux suivants:

• chaudières à combustion par le bas du combustible;
• unités de combustion aériennes;
• chaudières à gaz;
• générateurs de chaleur à granulés;
• unités à vapeur.

Chaudières à combustion inférieure

Chaudière à combustion inférieure
La chaudière à combustion inférieure est l'unité à combustible solide la plus courante, fonctionnant principalement au bois et au charbon. La conception du générateur de chaleur comprend les éléments principaux suivants enfermés dans le boîtier: une chambre de combustion ou chambre de combustion, un échangeur de chaleur, des tuyaux d'alimentation et de retour du circuit du système de chauffage, une grille, une porte pour le chargement du combustible, une porte pour l'allumage et le nettoyage des cendres , cheminée.

Le corps des chaudières modernes est en acier et l'échangeur de chaleur peut être en acier ou en fonte. Chaque type d'échangeur de chaleur a ses propres avantages et inconvénients. Les unités avec un échangeur de chaleur en fonte ont une résistance à la corrosion plus élevée que les unités en acier. C'est un point important, car lorsque les générateurs de chaleur à combustible solide sont allumés jusqu'à ce que la température dépasse le point de rosée, du condensat se forme dans le four, qui, lorsqu'il est mélangé avec des produits de combustion, est très agressif pour les métaux. Un échangeur de chaleur en fonte est également plus résistant au feu qu'un échangeur en acier, il a donc une durée de vie plus longue. Les inconvénients des échangeurs de chaleur en fonte sont la fragilité, le poids élevé, la faible résistance aux changements de température du caloporteur dans le système de chauffage, ils ne doivent pas dépasser 20 ° C.

Habituellement, les générateurs de chaleur en fonte sont divisés en sections séparées, ce qui facilite les difficultés de transport, d'installation et en cas de défaillance de l'une des sections, il est facile de la remplacer. Les unités avec échangeur de chaleur en acier sont de construction monobloc.

Dans le dispositif d'une chaudière à combustion par le bas, deux ou trois chambres de combustion peuvent être prévues, ce qui permet de re-brûler des particules de combustible. Dans le même temps, l'émission de produits de combustion nocifs dans l'atmosphère diminue, la consommation de carburant diminue et l'efficacité de la chaudière augmente. Les chaudières modernes à combustible solide vous permettent de contrôler le processus de combustion, pour lequel un système de contrôle avec un ventilateur pour l'injection d'air est utilisé.

Top chaudières à combustion

Chaudière à combustion supérieure
Dans une unité à combustion supérieure, le processus de combustion du combustible - charbon, bois de chauffage, briquettes de tourbe ou sciure de bois - contrairement à une chaudière à combustion inférieure, ne se déroule pas de bas en haut, mais de haut en bas. Cela est devenu possible après l'invention faite et brevetée par l'ingénieur lituanien E. Strupaitis en 2000 et utilisée pour la première fois dans les chaudières. La combustion dans un tel générateur de chaleur n'est supportée que dans la couche supérieure du combustible stocké, d'environ 15 cm d'épaisseur, où l'air chaud est fourni par le haut via un tuyau télescopique spécial à partir d'une chambre spéciale. Au fur et à mesure que le signet brûle, le tuyau se dilate et descend progressivement sous son propre poids, de sorte que le distributeur d'air à l'extrémité du tuyau est constamment au centre de la flamme.

Une chaudière à combustible solide au bois avec combustion par le haut permet de créer un signet toutes les 30 heures, et une unité au charbon - un signet tous les 5 jours. Le mode de fonctionnement du générateur de chaleur est d'un onglet à l'autre. Autrement dit, après la combustion complète du carburant chargé, il est nécessaire d'enlever les cendres formées et de créer un nouveau signet.

Les unités de combustion supérieures ont une hauteur considérable, mais elles prennent peu de place en termes de surface.

Chaudières à gaz (pyrolyse)

Chaudière à générateur de gaz - schéma de travail
Les chaudières générant des gaz combustibles solides sont équipées de 2 chambres de combustion. Le principe de leur travail repose sur le fait que le bois sous l'influence d'une température élevée et dans des conditions de manque d'oxygène se transforme en charbon de bois avec la libération de gaz combustible de pyrolyse. Dans une chambre, le processus de combustion habituel se déroule d'abord avec une alimentation en air normale à travers une fenêtre spéciale.Après les feux de bois normalement, l'alimentation en air est réduite à l'aide du régulateur automatique et la chaudière passe en mode de formation de gaz de pyrolyse. Le bois de chauffage couve lentement et le gaz libéré monte dans la deuxième chambre, où se déroule le processus de sa postcombustion.

Le rendement d'une unité génératrice de gaz atteint 85-90%, les émissions nocives de produits de combustion dans l'atmosphère sont réduites au minimum, le combustible pour une telle chaudière nécessite plusieurs fois moins que pour un générateur de chaleur à combustion directe. En plus du bois de chauffage, les déchets de bois avec un taux d'humidité ne dépassant pas 20% peuvent être utilisés comme combustible.

Chaudières à pellets

Chaudière à granulés avec trémie à combustible
Les chaudières à pellets fonctionnent avec du biocarburant fabriqué à partir de tourbe, de sciure de bois, de déchets agricoles, compressés en granules cylindriques appelés pellets. Les granulés sont de petite taille et vendus dans un emballage pratique pour un transport et un stockage faciles.

Les chaudières à pellets sont équipées d'un système de contrôle automatique, y compris l'alimentation en granulés de combustible à la chambre de combustion, qui est de petite taille. À cet égard, l'automatisation régule avec une grande précision le volume du carburant fourni, tandis que la combustion la plus complète est obtenue et que la production de gaz combustibles à la température maximale est obtenue grâce à l'injection forcée d'air dans la zone de combustion à l'aide d'un fan.

Les granulés sont chargés dans le réservoir de carburant, d'où ils sont introduits dans la chambre de combustion à l'aide du système d'alimentation. Le bunker peut être autonome ou intégré à la structure de la chaudière, la capacité du bunker pour une chaudière de 20 à 40 kW ne dépasse généralement pas 200 à 250 kg, ce qui suffit pour une semaine de fonctionnement continu. Le système d'alimentation est un convoyeur à vis entraîné par un moteur électrique. S'il est nécessaire de transporter des granulés sur de longues distances, un système d'alimentation pneumatique peut être utilisé.

L'automatisation des générateurs de chaleur à granulés comprend des systèmes d'élimination mécanique des cendres et d'auto-nettoyage, la possibilité de contrôler la température dans les conduites de chauffage en fonction de la météo et d'autres dispositifs qui facilitent le fonctionnement des unités de chauffage à granulés.

Chaudières à combustible solide à vapeur

Chaudière à combustible solide à vapeur
Les chaudières à vapeur pour combustibles solides, en raison de leur grande puissance et de leurs dimensions, sont principalement utilisées dans l'industrie pour fournir de la vapeur pour les processus technologiques et les systèmes de chauffage. L'utilisation de générateurs de chaleur à combustible solide à vapeur est particulièrement efficace dans les entreprises ayant une grande quantité de déchets pouvant être brûlés comme combustible lorsqu'il est impossible d'utiliser d'autres sources d'énergie. Les petites unités d'alimentation peuvent également être utilisées pour chauffer des maisons et d'autres locaux à des fins diverses.

Selon le principe de fonctionnement, les chaudières à vapeur sont divisées en 2 types principaux: tube à feu et tube à vapeur.

Dans une unité à tube à feu, les produits de combustion chauffés à une température élevée pendant la combustion du carburant circulent dans le système de tuyauterie et transfèrent l'énergie thermique à l'eau qui entoure ces tuyaux. Dans ce cas, l'eau se transforme en vapeur puis entre dans le système de chauffage ou via des conduites de vapeur jusqu'aux consommateurs industriels. Étant donné que la vapeur générée a une pression élevée, les parois d'une telle chaudière sont rendues très épaisses. Par conséquent, pour des raisons de sécurité, les chaudières à tubes d'incendie ont des limitations de puissance.

Dans les chaudières à tubes d'eau, le principe de fonctionnement est le contraire: l'eau circule dans le système de tuyaux à l'intérieur du corps, les produits de combustion chauffés circulent autour d'eux, de sorte que l'eau dans les tuyaux se transforme en vapeur puis va aux consommateurs. Les unités de tube à eau sont plus sûres, elles ne nécessitent pas une grande épaisseur des parois du corps, ce qui peut augmenter considérablement leur productivité.

Les chaudières à vapeur sont équipées de systèmes d'automatisation, y compris des dispositifs d'allumage et d'arrêt de la combustion, de régulation de la consommation d'eau et de carburant. Le groupe de sécurité d'une chaudière à combustible solide est d'une grande importance, qui comprend des indicateurs de température, des thermostats de sécurité, des manomètres, des pressostats de sécurité et des soupapes de pression de vapeur, d'autres dispositifs et dispositifs qui garantissent un fonctionnement sans problème.

Chauffage à la vapeur et qu'est-ce que c'est?

Lorsque l'eau bout, de la vapeur d'eau est libérée, qui a une grande quantité d'énergie thermique. Le transfert d'énergie vers l'environnement se produit au moment de la condensation, c'est-à-dire lors du passage de l'eau d'un état vapeur à un état liquide.

Dans le chauffage à la vapeur, le même principe s'applique. L'eau bouillante dans la chaudière est acheminée par des tuyaux vers les appareils de chauffage, s'y condense et dégage de la chaleur. Après cela, le liquide de refroidissement, qui est passé à l'état liquide, est acheminé par des tuyaux vers un dispositif de stockage spécial. De là, le liquide s'écoule par gravité ou de force dans la chaudière.

Avantages et inconvénients du chauffage à vapeur

Le chauffage à la vapeur dans une maison privée offre les avantages suivants:

1. Faible coût de l'appareil. Rentabilité dans le processus d'utilisation. Le système peut être réalisé à partir d'un four conventionnel, ce qui est particulièrement important pour les décantations sans gazéification.
2. Étant donné que le liquide de refroidissement ne gèle pas, le système peut être utilisé dans les bâtiments résidentiels saisonniers.
3. L'efficacité du chauffage des locaux est augmentée par le rayonnement de l'énergie thermique et la convection.
4. De petits radiateurs et de petits tuyaux peuvent être utilisés pour assembler le système, ce qui économise des matériaux.
5. La vapeur entre rapidement dans tous les points du système de chauffage, quelle que soit sa complexité et la taille de la maison.
6. Le chauffage rapide des locaux est un avantage supplémentaire.
7. Le coefficient de transfert de chaleur est très élevé, les pertes de chaleur sont donc réduites à zéro.
8. De tels systèmes peuvent être utilisés en combinaison avec des sols chauds.

Avant de procéder au chauffage à la vapeur, vous devez étudier ses inconvénients. Les inconvénients du chauffage à la vapeur sont les suivants:

• lors de la circulation le long du contour, la vapeur crée du bruit (pour réduire le niveau de bruit, des tuyaux en cuivre sont posés à l'intérieur des murs et la chaudière est placée dans une pièce séparée);
• les appareils de chauffage et les tuyaux peuvent chauffer jusqu'à des températures supérieures à 100 ° C, ce qui augmente le risque de brûlures au contact des batteries (à cet égard, il est recommandé de couvrir les radiateurs et les tuyaux avec des écrans de protection);
• en cas de rupture, une situation d'urgence dangereuse se produit, car le liquide de refroidissement a une température très élevée;
• pour assembler le circuit, vous aurez besoin de tuyaux en cuivre ou galvanisés coûteux (cela doit être pris en compte lors du calcul du coût du chauffage à la vapeur);
• le système est sensible à la corrosion, sa durée de vie est donc courte;
• il est difficile de réguler la température dans les pièces (pour cela, il faut ventiler les pièces ou réduire la quantité de carburant, ce qui est assez difficile).

Caractéristiques et schéma de l'appareil

Il peut y avoir différentes pressions à l'intérieur d'un système de chauffage à vapeur. En fonction de cela, il peut être des types suivants:

Système de chauffage à air dans une maison privée et des locaux industriels

1. Avec une pression supérieure à 0,07 MPa.
2. Avec une basse pression inférieure à 0,07 MPa.
3. Le système sous vide-vapeur a une pression d'au moins 0,1 MPa.

Le circuit de chauffage à vapeur peut être avec un circuit fermé et ouvert. Les circuits ouverts basse pression interagissent avec l'air ambiant. Les systèmes fermés scellés sont plus durables.

Le plus souvent, dans une maison privée, des systèmes fermés sont réalisés avec le retour du liquide de refroidissement par gravité vers la chaudière. La tuyauterie supérieure est généralement utilisée. Si un circuit avec un câblage inférieur est utilisé, les tuyaux sont posés avec une pente dans le sens du flux de vapeur pour réduire le bruit.Au point de drainage des condensats, un joint d'étanchéité à l'eau est réalisé sous la forme d'une boucle pour protéger contre la vapeur entrant dans la conduite de condensation.

Important! Dans les systèmes à vapeur, la vitesse de la vapeur est maintenue à 0,14 m / s, mais pas au-dessus de cette valeur. Sinon, la vapeur emprisonnera les particules d'humidité qui se condense, produisant un bruit fort et augmentant le risque de coup de bélier.

Moins fréquemment, un câblage combiné avec la pose de canalisations sous le sol du milieu ou du dernier étage est utilisé. Dans ce cas, la lumière de la conduite de retour est complètement fermée par le condensat.

À des pressions de réseau supérieures à 0,02 MPa, seuls des circuits ouverts sont utilisés. En eux, l'air est évacué par un accumulateur de condensation. Pour se protéger contre les fuites de vapeur, des sas d'eau ou des purgeurs de vapeur sont installés. Une pompe est utilisée pour transférer le liquide pour le chauffage à la vapeur du réservoir de stockage vers l'échangeur de chaleur. Cela permet au réservoir de stockage d'être installé sous l'échangeur de chaleur.

Sur une note! Les systèmes à vapeur, comme les systèmes d'eau, sont à un ou deux tuyaux. La première option convient aux maisons de plain-pied d'une superficie maximale de 80 m². La deuxième option peut être utilisée dans les maisons à deux étages.

Appareil

Le dispositif d'une chaudière à vapeur est assez compliqué. Par conséquent, assembler une chaudière à vapeur de vos propres mains n'est pas une tâche facile. Chaque modèle individuel a ses propres fonctionnalités d'assemblage. Mais ils sont tous équipés des principaux composants:

• Foyer. C'est là que se trouve le carburant;
• Casserole à cendres. Il sert à collecter les produits de combustion du carburant;
• Brûleur. Ses tâches sont assez claires;
• Économiseur. Il s'agit d'un chauffe-eau dont nous parlerons plus en détail;
• Tambouriner. Requis pour l'installation d'instruments de mesure, tuyauteries, fusibles;
• Manomètre. Pour un fonctionnement en toute sécurité de l'unité à vapeur, le circuit doit obligatoirement comprendre un manomètre pour surveiller la pression de la vapeur.

Les règles d'installation de toutes les chaudières à vapeur exigent qu'elles soient situées plus bas que le niveau de la canalisation et des appareils de chauffage. Ainsi, la vapeur peut circuler normalement et renvoyer le condensat du système.

Comment fonctionne le système

Ne confondez pas l'eau et le chauffage à la vapeur à la maison. Ils présentent de nombreuses différences fonctionnelles, malgré leurs similitudes superficielles.

Ces deux types ont des composants:

• Chaudière;
• radiateurs;
• tuyaux.

Le chauffage à la vapeur est considéré comme efficace, vous pouvez vous en tirer avec un petit nombre de batteries
La vapeur est un caloporteur pour le chauffage à la vapeur d'une maison privée. Vous pouvez créer un tel système de vos propres mains en suivant les instructions d'assemblage et d'installation des composants. Pour un système d'eau, l'eau joue le rôle de transporteur. La chaudière évapore l'eau et ne la chauffe pas. Les vapeurs de liquide de refroidissement se déplacent dans les tuyaux et deviennent une source de température confortable dans la maison. La vapeur se refroidit à l'intérieur, après quoi elle se condense. Dans ce cas, 1 kg de vapeur est converti en 2000 kilojoules de chaleur. A titre de comparaison, le refroidissement par eau à 50 ° C ne fournit que 120 kJ.

Le transfert de chaleur de la vapeur est plusieurs fois plus élevé, ce qui explique le rendement élevé de ce type de chauffage. Le condensat formé à l'intérieur du radiateur passe dans la partie inférieure et se déplace indépendamment vers la chaudière. Il existe plusieurs types de systèmes de chauffage. Dans ce cas, la spécification est effectuée selon la méthode de retour du fluide caloporteur, qui a été transformé en condensat.

1. Fermé. Il n'y a pas de contours dans ce cas. En conséquence, le condensat se déplace à travers les tuyaux, qui se trouvent à un certain angle. Il entre directement dans la chaudière pour un chauffage supplémentaire.
2. Ouvert. Il y a un réservoir de stockage ici. Le condensat y pénètre par les radiateurs, la pompe participe à sa réinjection dans la chaudière.

Comment choisir la bonne chaudière

Pour choisir la bonne chaudière de chauffage à combustible solide, vous devez prendre en compte les facteurs suivants:

• type d'unité - avec combustion supérieure ou inférieure, génération de gaz, granulés ou vapeur, le plus adapté aux conditions de fonctionnement données;
• puissance de la chaudière nécessaire pour le chauffage et la préparation d'eau chaude;
• le type de combustible solide à utiliser;
• le volume de la chambre de combustion, dont dépendra la fréquence de chargement du carburant;
• matériau de l'échangeur de chaleur - acier ou fonte, en tenant compte des avantages et des caractéristiques négatives de chaque matériau;
• la nécessité de se connecter aux réseaux électriques, car certains modèles de chaudières ont des dispositifs fonctionnant à l'électricité - éléments chauffants pour maintenir la température pendant la période d'arrêt de la chaudière, extracteurs de fumée, ventilateurs pour la pressurisation de l'air;
• équipement de contrôle automatique, unités de sécurité, car les chaudières à combustible solide pour la maison doivent être entièrement équipées de tous les dispositifs et dispositifs pour un fonctionnement sans problème;
• la possibilité de transférer vers d'autres types de combustibles ou d'utiliser plusieurs types.