Au début de l'ère industrielle, le mot chaudière désignait un foyer et son échangeur dans les grosses installations de cuisine et de chauffage, dans les machines à vapeur et les locomotives à vapeur.
Dans son acception moderne, il désigne un appareil (voire une installation industrielle, selon sa puissance) permettant de transférer en continu de l'énergie thermique à un fluide caloporteur (le plus généralement de l'eau). L'énergie thermique transférée (source de chaleur) peut être soit la chaleur dégagée par la combustion (de charbon, de fioul, de gaz, de bois, de déchets, etc.), soit la chaleur contenue dans un autre fluide (chaudière de récupération sur gaz de combustion ou gaz de procédés chimiques, chaudière « nucléaire » recevant la chaleur du circuit primaire, etc.), soit encore d'autres sources de chaleur (chaudières électriques, par exemple). Les chaudières sont aussi bien des systèmes industriels que domestiques.
À l'intérieur de la chaudière ce fluide caloporteur peut être soit uniquement chauffé (c'est-à-dire qu'il reste en phase liquide), soit chauffé et vaporisé, soit chauffé, vaporisé puis surchauffé (donc avec passage de phase liquide à phase gazeuse).
Définition Définition scientifique « Système permettant d'augmenter la température d'un fluide caloporteur afin de déplacer de l'énergie thermique ».
Définition légale En France Pour les puissances comprises entre et (article R 224-20 du code de l'environnement) : .
Décret -649 du , art. :
Au Québec Contrairement à la définition donnée à ce terme en France, au Québec chaudière désigne un seau. Pour désigner un système de chauffage et de stockage d'un fluide caloporteur, le mot réservoir (de chauffage) ou son anglicisme tank s'y emploient couramment.
Types Il existe une grande variété de chaudières. On peut classifier les chaudières suivant différents critères :
Classification par gamme de puissance Les réglementations classifient les chaudières par gammes de puissance : Puissance inférieure à : chaudières individuelles ; Puissance supérieure à : chaudières de type industriel.
Classification par installation (chaudières à usage domestique) Il existe deux types d'installation de chaudières domestiques : Chaudières au sol : Les chaudières au sol sont en général utilisées pour des habitations disposant d'un sous sol ou d'un garage. Elles occupent une place importanteNon trouvé le 6 novembre 2016, sur chaudiere-gaz.org ; Chaudières murales : Les chaudières murales conviennent aux habitations de petite taille (appartements). Elles offrent une puissance moindre que les chaudières au sol.
Classification par application Utilisation domestique (chauffage central)Chaudières traditionnelles, sur energieplus-lesite.be ; Chauffage collectif ; Applications industrielles (agro-alimentaire, chimie, papeterie, cimenterie) ; Centrales thermiquesLes centrales thermiques, sur perso.id-net.fr.
Classification par type de fluide caloporteur thumb|upright|Une chaudière à vapeur pour moteur stationnaire. Une chaudière échange de l'énergie thermique par l'intermédiaire de fluides caloporteurs qui ensuite la véhiculent jusqu'au point d'utilisation. Si le fluide caloporteur utilise la chaleur massique pour déplacer cette énergie le circuit est dit monophasique. Une pompe met en mouvement cette masse fluide chauffée, c'est le circulateur. Pour les fortes puissances sont utilisés des circuits diphasiques. Ils utilisent le cumul de la chaleur massique et de la chaleur latente de vaporisation. Ils ont une énergie spécifique plus élevée.
Les principaux fluides caloporteurs utilisés sont : l'eau (son traitement pour cet usage est important) : l'eau chaude est principalement utilisée dans les systèmes de chauffage de locaux d'habitation, commerciaux ou industriels. Dans le domaine du chauffage central domestique, c'est quasiment le seul fluide utilisé ; l'eau surchauffée est principalement utilisée dans le chauffage urbain. On peut aussi la trouver dans l'industrie. Pression et température courantes d'usage tournent autour de à avec retour à . la vapeur d'eau : la vapeur saturée est principalement utilisée dans les procédés industriels. La vapeur produite par la chaudière sert alors à chauffer des fluides au travers d'échangeurs. Des machines spécifiques comme les machines à papier peuvent également avoir besoin d'une alimentation en vapeur ; la vapeur surchauffée sert principalement à être turbinée, généralement dans le but d'entraîner un alternateur pour produire de l'électricité. Ce principe est utilisé dans les centrales thermiques. Certaines industries ont des déchets à éliminer, ces déchets utilisés comme combustibles leur permettent de produire de l'énergie électrique et tout ou partie de l'énergie thermique nécessaire à l'usine. On parle alors de cogénération ; des fluides thermiques, généralement des huiles, permettant d'atteindre de hautes températures sans nécessiter des pressions élevées. Ils sont utilisés comme énergie thermique par exemple dans l'industrie des panneaux de bois aggloméré. L'utilisation de fluide thermique permet également de meilleures précisions dans la régulation de température. Cependant, l'utilisation de fluide thermique génère de nombreuses contraintes d'exploitation pour les industriels, ils sont de plus en plus remplacés par de la vapeur ; des sels fondus. Il s'agit alors de chaudières très spéciales qui n'ont pas ou peu d'exemples d'utilisation industrielle. Le sodium dans quelques usages nucléaires.
Classification par source de chaleur Chaudières à combustion Chaudières à combustibles liquides ou gazeux Les chaudières à combustibles liquides et gazeux sont par construction très proches. Dans ce type de chaudière, l'élément assurant la combustion s'appelle le brûleur. Les combustibles utilisés sont principalement : le gaz naturel, le gaz de pétrole liquéfié le fioul le fioul lourd
Une chaudière à combustible liquide ou gazeux peut comporter un ou plusieurs brûleurs.
Chaudières à combustibles solides
Il existe de nombreux procédés de combustion pour les chaudières à combustibles solides. On peut séparer les foyers à combustibles solides en trois grandes familles : les foyers à grille ; les foyers à lit fluidisé ; les foyers à charbon pulvérisé.
Les foyers à grilles Les grilles à gradins constituent un plan incliné mouvant sur lequel le combustible brûle en couche. La couche de combustible est insérée en haut de la grille, souvent à l'aide d'un poussoir, et le mouvement de la grille fait avancer le combustible en ignition. En bas de la grille, il ne reste plus que les cendres qui sont évacuées dans une fosse. Les grilles à gradins sont plutôt utilisées pour les petites chaudières (jusqu'à environ) ou pour les ordures ménagères.
Les grilles mécaniques sont constituées d'un tapis roulant métallique perméable à l'air. Ces grilles utilisent le principe de combustion en couche. Elles sont utilisées presque exclusivement pour le charbon sur une très vaste gamme de puissance de quelques mégawatts à plus de ).
Le spreader stoker utilise le principe de projection du combustible dans tout l'espace de la chambre de combustion. Il est utilisé pour les charbons et combustibles végétaux pour des puissances allant de quelques MW à plus de .
Les foyers « volcans » aussi appelés « understoker ». Le combustible est introduit par le dessous de la grille. Ce principe est utilisé pour des puissances n'excédant pas quelques MW.
Cette liste n'est pas exhaustive tant il existe de techniques de grilles.
Les foyers à lit fluidisés Il existe plusieurs types de foyers à lit fluidisé : les lits fluidisés denses et les lits fluidisés circulant (souvent appelés LFC).
Les chaudières à lit fluidisé circulant sont utilisées pour des puissances généralement supérieures à . Le lit fluidisé est généralement composé de sable, des cendres du combustible et parfois de calcaire, à haute température, brassés avec l'air primaire. Ces foyers peuvent fonctionner indifféremment avec du charbon, des schistes bitumineux ou des combustibles végétaux. Ils ont l'avantage de fonctionner à des températures de combustion à la fois relativement faibles de l'ordre de et très homogènes, ce qui est favorable à de faibles rejets en NOx. L'injection de calcaire permet également une capture des oxydes de soufre. Le concassage nécessaire avant injection dans le foyer est moins important que le broyage fin du combustible pour les chaudières à charbon pulvérisé. La complexité de ce type de technologie fait qu'elle est réservée aux chaudières relativement puissantes. La plus importante chaudière à lit fluidisé circulant mise en service délivre une puissance de , à Lagisza, en Pologne, mais une unité de est en cours de construction à Baima, en Chine, .
Les foyers à charbon pulvérisé Le charbon pulvérisé est introduit dans la chaudière via un ou plusieurs brûleurs. Cette technologie est principalement utilisée dans les centrales électriques au charbon dont les chaudières ont des puissances de plusieurs centaines de MWDevroe Sébastien, Étude de la combustion du charbon pulvérisé ...), sur inist.fr..
Chaudières de récupération L'énergie thermique est récupérée d'un fluide chaud (gaz d'échappement d'une turbine à gaz ou gaz process dans l'industrie chimique, par exemple). Ces chaudières s'apparentent donc aux échangeurs de chaleur, mais doivent leur dénomination de chaudière au fait que le fluide caloporteur chauffé (généralement l'eau) y est vaporisé (au contraire des échangeurs de chaleur).
Entrent également dans cette catégorie les générateurs de vapeur des centrales nucléaires qui échangent la chaleur entre le circuit primaire et le circuit secondaire.
Chaudières électriques L'électricité n'est pas à proprement parler un combustible. C'est cependant une source d'énergie qui est parfois convertie en chaleur dans des chaudières électriques. Il existe plusieurs principes de chauffe. Les chaudières à résistances chauffent l'eau à l'aide d'une résistance électrique immergée dans l'eau. Les chaudières à effet Joule chauffent l'eau à l'aide d'électrodes immergées dans l'eau. C'est alors l'effet joule de l'eau qui permet le chauffage de l'eau ou la vaporisation. Les chaudières ioniques projettent des ions à grande vitesse () à l’aide d’un champ électrique, provoquant l’échauffement du liquide caloporteur.
La rareté des chaudières électriques s'explique par le prix de l'électricité qui est une énergie plus coûteuse que la plupart des autres énergies. On trouve des chaudières électriques dans le domaine du chauffage central domestique, dans l'humidification de locaux équipés d'air conditionné (petites chaudières vapeur utilisées pour l'humidification), mais aussi dans l'industrie pour des puissances allant jusque quelques dizaines de MW. .
Chaudière numérique La chaudière numérique embarque des micro-processeurs informatiques. En fonctionnant, ces microprocesseurs génèrent de la chaleur dite chaleur fatale. Celle-ci est récupérée pas des tuyaux en cuivre qui passent entre les micro-processeurs fixés sur des blocs d'aluminium.
C’est une chaudière à circulation forcée qui dispose d’une composante hydraulique, thermique et électrique.
L'énergie consommée permet le fonctionnement des micro-processeurs et le chauffage de l'eau.
Classification par construction
Chaudières à tubes de fumées
thumb|upright|Chaudière tubulaire neuve destinée à la locomotive 030T Pinguely du CFBS C'est historiquement le premier type de construction. Les premiers modèles utilisaient une circulation verticale, plus facile à réaliser, du fait de la convection des gaz, mais par la suite, on réalisa des chaudières avec un arrangement horizontal, plus adaptées à l'utilisation pour le chemin de fer ou la navigation.