Modélisation et simulation d’un générateur de vapeur à tubes de fumée de 4.5t/h

Abstract

Résumé Dans le cadre de cette étude, on s’intéresse à la simulation numérique d’un générateur de vapeur industriel de type COCHRAN Wee Cheftain. Ce générateur de vapeur appartient à la famille des chaudières à tubes de fumées à 3-passes. Le rôle principal de la chaudière est de produire 4.5 t/h de la vapeur saturée destinée pour le chauffage. Ce travail permet une meilleure compréhension des phénomènes physiques ayant lieu dans le système, ainsi que les mécanismes de transfert de chaleur mise en jeu entre les gazes de combustion et les structures métalliques constituant les échangeurs du générateur de vapeur. Dans ce but, un programme de calcul est élaboré pour l’estimation des caractéristiques thermiques définissant le générateur de vapeur tel que les densités de flux de chaleur, les températures des fumées/parois et les coefficients de transfert de chaleur. Ce programme est basé sur les lois de la combustion et de transfert thermique. L’échange de chaleur sera considéré entre le volume gazeux et les surfaces internes des tubes de la chaudière. Sur ces surfaces, on établira le bilan énergétique qui tient compte du transfert de chaleur par rayonnement, convection et par conduction. La qualification de la modélisation est effectuée par la confrontation des résultats de la simulation avec les relevés d’exploitation du générateur de vapeur pour différents états stationnaires. En outre, une étude qualitative est faite pour examiner l’influence des paramètres opératoires; débit du combustible, excès d’air, température ambiante et la pression de service sur les performances thermiques du générateur de vapeur.

Abstract Within the framework of this study, one is interested in the digital simulation of an industrial steam generator of type COCHRAN Wee-Cheftain. This steam generator belongs to the family of the boilers with fire-tubes with 3 passes. The main role of the boiler is to produce 4.5 t/h saturated vapor intended for the heating during the winter. This work allows a better comprehension of the physical phenomena taking place in the system, as well as the mechanisms of transfer of heat concerned between the gas of combustion and the metal structures constituting the exchangers of the steam generator. Therefore, a calculation program is worked out for the estimate of the thermal characteristics defining the steam generator such as the densities flux of heat, the temperatures of smoke/walls and the coefficients of transfer of heat. This program is based on the laws of combustion and heat transfer. The heat transfer will be considered between gas volume and internal surfaces of the tubes of the boiler. On these surfaces, one will establish the energy assessment which holds account the transfer of heat per radiation, convection and by conduction. The qualification of modeling is carried out by the confrontation of the results of simulation with the recordings of exploitation of the steam generator for various stationary states. Moreover, a qualitative study is made to examine the influence of the operational parameters; flow of fuel, excess of air, operating room temperature and pressure on the thermal performances of the steam generator.