CHAPITRE VI

§ 1. — Production de la chaleur.

65. — Rendement calorifique total des chaudières. Sa décomposition en rendement de la combustion et utilisation de la chaleur. — Le rendement calorifique des chaudières d'essai se trouve déterminé par les expériences de recette des charbons, quand on suppose connu le pouvoir calorifique du combustible soumis à la combustion parfaite dans la bombe calorimétrique. Si, par exemple, on considère Tancienne chaudière d'essai rectangulaire, qui vaporisait 8^,5 d'eau à 2 kilogrammes de pression, par kilogramme de charbon brûlé, on trouve que le nombre de calories utilisées est de S.380, en supposant Teau d'alimentation à 40 degrés et le titre de la vapeur égal à 1 ; le pouvoir calorifique du charbon d'Anzin étant de 9.200 calories, le rendement de la chaudière est ainsi de 0,884. Avec la nouvelle chaudière, vaporisant 9i,6 d'eau à 8 kilogrammes de pression, le rendement serait, dans les mêmes conditions, de 0,676. En tenant compte de ce que la vapeur produite dans une chaudière cylindrique contient environ 4 % d'eau, on peut fixer aux environs de 0,68 le rendement des chaudières tubulaires actuelles. Pour une chaudière quelconque, le rendement calorifique peut se déterminer, par une expérience de vaporisation analogue aux essais de recette des charbons.

Le rendement d'une chaudière est le produit de deux facteurs bien distincts, exprimant, le premier, le degré de perfection de la combustion dans le foyer et la boîte à feu, le second, l'utilisation de la chaleur produite.

La combustion dans une chaudière, même en négligeant le charbon perdu avec les escarbilles, ne peut jamais être aussi complète que dans Toxygène pur de la bombe colorimétrique, parce que la flamme est toujours éteinte trop tôt par le refroidissement. 11 est généralement admis qu'une chaudière ne peut guère tirer du charbon plus de 7,800 calories au lieu de 9.200, ce qui donne 0,88 pour le premier facteur du rendement. Sur ce point, on n'a que les indications fournies par l'analyse des gaz de la cheminée, il est vraisemblable que sur certaines chau-

dières tubuleuses à chambre de combustion très réduite, le chiffre qui précède n'est pas alteinL

La proportion de chaleur utilisée peut être évaluée, quand on connaît la température de combustion et celle des gaz au pied de la cheminée. Si par exemple la combustion s'opère à 1.600 degrés, ce qui est un maximum, et si les gaz sortent à 300 degrés, ce qui est un minimum pour les températures d'eau et de vapeur de 200 degrés, il y a

une perte de chaleur de — ou 18,75 %, non compris la chaleur latente

de la vapeur d'eau dans la fumée. Les gaz sortent souvent à 350, à 400 degrés, et même au delà. Il est à remarquer que la perte par la cheminée est d'autant plus grande que la température de combustion est plus basse, c'est-à-dire que l'on fournit au charbon un plus grand excès d'air en vue d'arriver à une combustion plus complète.

A la perte par les gaz chauds de la cheminée, s'ajoute une perte par rayonnement et conductibilité difficile à évaluer, mais qui peut descendre à 5 9é sur une chaudière tubulaire bien feutrée ; il y a ensuite la chaleur emportée par les escarbilles que l'on retire du cendrier. L'utilisation totale de la chaleur peut être estimée à 0,75.

Le produit des deux facteurs 0,85 et 0,75 donne bien, pour le rendement calorifique total, la valeur de 0,65 indiquée plus haut pour la chaudière tubulaire employée aux essais de charbon.

Dans les chaudières tubuleuses, le rendement à la combustion varie beaucoup suivant les modèles. D'autre part, l'utilisation a été quelquefois très faible, car on a souvent vu rougir les culottes de cheminée. De grands progrès ont été réalisés sous ces deux rapports, sans qu'il soit possible encore de réunir des données d'une application générale. Voici, pour une chaudière modèle Mosher expérimentée en Amérique, les chiffres qui ont été publiés concernant l'utilisation :

Chaleur utilisée à vaporiser Teau .•.....• 76,0

Chaleur perdue par les gaz de la cheminée 18,0

Chaleur perdue par le rayonnement des enveloppes . . 9,1 Chaleur perdue par les escarbilles et la vaporisation d'eau

dans les cendriers (non compris la perte de charbon). 1,9

Chaleur totale de la combustion 100,0

Le rayonnement est plus fort et plus difficile à combattre dans les chaudières tubuleuses que dans les tubulaires.

66. — Quantité dCair nécessaire à la combustion du charbon. Perte de chaleur due à un excès dCair. — La quantité d'air théoriquement nécessaire à la combustion d'un kilogramme de houille se calcule facilement,

quand la composition chimique de cette houille est connue. Supposons une proportion de 0,85 de carbone pur et de 0,05 d'hydrogène, le reste se composant de matières inertes, oxygène compris. L'air atmosphérique renfermant 8^,3 d*oxygène par mètre cube, il faut 8™',9 d'air pour la combustion complète de 4 kilogramme de carbone, et 26"^6 d'air pour la combution de 1 kilogramme d'hydrogène. Le charbon considéré demande donc 7"*',56 d'air pour son carbone, et l"^33 pour son hydrogèûe, soit en tout 8™',89, par kilogramme brûlé.

La manière dont la combustion s'opère sur les grilles, qui sera décrite plus loin, exige le passage d'une quantité d'air, très supérieure à la précédente, sur laquelle on est loin d'avoir des indications précises. Des expériences faites en 1873 à Indret, avec l'ancienne chaudière d'essai et au tirage naturel, ont fourni à M. Joëssel les chiffres suivants :

Charbon brûlé par heure et mètre carré de grilles 74^ 89^ 108* 126^ Vitesse de l'air à travers la porte des cendriers . 4",45 4°*,46 4'",06 8'",97 Volume d'air fourni par kilogramme de charbon . 28"',0 19'"*,2 15"',0 12"^1

Une autre série d'essais, faite en 1877 à bord de la Résolue, avec une chaudière tubulaire cylindrique, m'a donné des résultats, qui sont plus étendus, parce qu'ils s'appliquent au tirage naturel et au tirage forcé. Le premier essai est au tirage naturel, les suivants au tirage activé par des jets d'air lancés dans la cheminée. Les vitesses d'air dans les cendriers sont déduites de la vitesse mesurée en divers points d'une porte unique d'entrée d'air à la chambre de chauffe.

Charbon par mètre carré de grilles.

Dépression dans la boîte à fumée .

Vitesse d'air dans les cendriers . .

Volume d'air par kilog. de^ charbon.

D'après ces chiffres, le rapport de la quantité d'air fournie à la quantité théoriquement nécessaire est, en nombres ronds, 2,5 au tirage naturel pour une combustion de 100 kilogrammes, 2 au tirage forcé pour une combustion de 150 kilogrammes, et 1,75 pour une combustion de 200 kilogrammes. Le tirage forcé a été poussé depuis lors à des intensités beaucoup plus grandes ; mais la consommation d'air n'a pas été observée.

L'utilité, au point de vue d'une bonne combustion, de l'excès d'air, que le jeu naturel du tirage appelle ainsi dans les foyers, est depuis longtemps établie. On a même trouvé de sérieux avantages à ouvrir des entrées d'air directes au-dessus des grilles. Ces rentrées d'air, qui sont ménagées, partie dans les portes de foyer, partie dans les autels, dimi-

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