Efficacité énergétique et énergies renouvelables

Améliorez l’efficacité de combustion de la chaudière

Efficacité de la combustion

Faire fonctionner la chaudière avec un excès d’air optimal minimise les pertes de chaleur par la cheminée et améliore l’efficacité de la combustion. L’efficacité de la combustion mesure la capacité à convertir efficacement la chaleur contenue dans le combustible en chaleur utilisable. La température des fumées et les concentrations d’oxygène (ou de dioxyde de carbone) dans les fumées sont les principaux indicateurs de l’efficacité de la combustion.

En supposant que le mélange soit complet, une quantité précise ou stœchiométrique d’air est nécessaire pour que toute une quantité donnée de combustible réagisse complètement. En pratique, les conditions de combustion ne sont jamais idéales et il faut fournir de l’air supplémentaire, appelé « excès d’air », pour assurer la combustion complète du combustible.

La quantité adéquate d’excès d’air est déterminée en analysant les concentrations d’oxygène ou de dioxyde de carbone dans les fumées. Un excès d’air insuffisant entraîne la formation de combustible imbrûlé, de suie, de fumée et de monoxyde de carbone. À l’inverse, un excès d’air trop important provoque des pertes de chaleur en raison de l’augmentation du débit des fumées et réduit ainsi le rendement global de conversion du combustible en vapeur de la chaudière. Le tableau met en relation les valeurs mesurées dans les fumées et les performances de la chaudière.

Mesures recommandées

Les chaudières fonctionnent souvent avec un excès d’air supérieur au niveau optimal. Surveillez périodiquement la composition des fumées et optimisez régulièrement les réglages de vos chaudières afin de maintenir l’excès d’air à un niveau optimal.

Envisagez de surveiller en continu le niveau d’oxygène dans les fumées pour détecter rapidement les tendances aux pertes d’énergie. Vous pourrez ainsi recevoir des alertes précoces en cas de défaillance des systèmes de régulation et prendre vos décisions sur la base de données.

Efficacité de combustion du gaz naturel

Dans les systèmes au gaz naturel bien conçus, un taux d’excès d’air de 10 % peut être atteint. Selon une règle pratique couramment utilisée, chaque réduction de 15 % de l’excès d’air ou chaque baisse de 40°F de la température des fumées peut améliorer le rendement de la chaudière de 1 %.

Exemple

Une chaudière fonctionne 8.000 heures par an et consomme chaque année 500.000 millions de Btu (MMBtu) de gaz naturel, tout en produisant 45.000 lb de vapeur par heure à une pression de 150 psig. Les mesures des fumées indiquent un excès d’air de 44,9 % lorsque l’écart de température entre les fumées et l’air de combustion est de 400°F. Selon le tableau, l’efficacité de combustion de la chaudière est de 78,2 % (E1). L’optimisation des réglages de la chaudière ramène l’excès d’air à 9,5 % et l’écart de température entre les fumées et l’air de combustion à 300°F. L’efficacité de combustion de la chaudière passe alors à 83,1 % (E2). En supposant un coût du combustible de 8,00 $/MMBtu, les économies annuelles sont les suivantes :

         Économies annuelles    = Consommation de combustible × (1–E1/E2) × Coût du combustible
                                       = 29.482 MMBtu/an × 8,00 $/MMBtu
                                       = 235.856 $

Analyseurs de fumées

Le pourcentage d’oxygène dans les fumées peut être mesuré à l’aide de kits de test d’absorption des gaz peu coûteux. Les analyseurs portables et informatisés, plus onéreux, dont le prix varie de 500 à 1.000 $, affichent le pourcentage d’oxygène, la température des fumées et le rendement de la chaudière. Ces appareils constituent un investissement recommandé pour tous les systèmes de chaudières dont le coût annuel du combustible dépasse 50.000 $.

Systèmes de réglage par l’oxygène

Lorsque la composition du combustible varie fortement (par exemple, gaz de raffinerie, combustible à base de déchets de bois ou chaudières multicombustibles), ou lorsque le débit de vapeur varie considérablement, il convient d’envisager l’utilisation d’un analyseur d’oxygène en ligne. Un système de réglage par l’oxygène (« oxygen trim ») transmet un signal de retour aux commandes du brûleur afin de réduire automatiquement l’excès d’air de combustion au minimum et d’optimiser le rapport air-combustible.

Pour en savoir plus sur la surveillance, vous pouvez télécharger dans la bibliothèque de publications de l’AMO les études de cas suivantes consacrées aux applications de sous-comptage :

• Solutia : Utiliser le sous-comptage pour étayer par des données les processus d’approbation des projets énergétiques
• Nissan North America : Comment le sous-comptage a changé la façon dont une usine mène ses activités

Vous pouvez également consulter le guide suivant sur le site du Federal Energy Management Program (FEMP) : www.femp.energy.gov

• Bonnes pratiques de mesure : Guide pour améliorer l’efficacité des ressources d’une installation, version 2.0

Adapté d’une fiche d’information Energy TIPS publiée à l’origine par le Georgia Tech Industrial Energy Extension Service.

Ressources

Les logiciels du département de l’Énergie des États-Unis, Steam System Assessment Tool et Steam System Scoping Tool, peuvent vous aider à évaluer les systèmes de vapeur et à déterminer les améliorations possibles. Pour en savoir plus sur les possibilités d’amélioration de l’efficacité des systèmes de vapeur, vous pouvez également consulter Improving Steam System Performance: A Sourcebook for Industry.

Pour accéder à ces ressources ainsi qu’à de nombreuses autres ressources et informations de formation sur l’efficacité industrielle, consultez le site de l’Advanced Manufacturing Office à l’adresse manufacturing.energy.gov.