CONTRÔLE D'EXPLOITATION DES SYSTÈMES DE CHAUFFAGE

Dans ce guide, on a précédemment expliqué pourquoi il faut faire fonctionner une chaudière avec plus d'air qu'il n'est théoriquement nécessaire pour brûler tout le combustible. Les commandes d'un brûleur sont donc toujours réglées pour fournir une certaine quantité d'air en excès, toutes conditions de fonctionnement considérées, soit en général, de 2 à 5 p. 100 d'oxygène dans les gaz de carneau. Le guide a également souligné que l'air en excès provoque une perte de chaleur lorsqu'il pénètre dans le système de combustion à la température ambiante et en sort à la température des gaz de carneau. Par conséquent, une réduction de la teneur en oxygène dans les gaz de carneau diminuera la perte thermique.

De manière générale, on peut dire qu'une réduction de 1 p. 100 d'oxygène en excès réduira la consommation de combustible de 1 p. 100.

Le contrôle de l'air en excès est l'outil le plus important pour ce qui est de la gestion de l'efficacité énergétique et des émissions atmosphériques d'une chaudière.

Il est important de se rappeler que le rapport aircombustible est établi en fonction de la masse et non du volume. Il faut donc contrôler la masse d'air fournie à la masse du combustible utilisé (par exemple, kilogramme par kilogramme). La densité de l'air et des combustibles gazeux change selon la température et la pression, et il faut en tenir compte dans le contrôle du rapport air-combustible. Par exemple, si la pression est stable, la masse d'air circulant dans un conduit diminue à mesure que la température augmente. En conséquence, on devrait pouvoir changer les commandes en fonction des variations de température saisonnières et idéalement, des écarts entre le jour et la nuit également (surtout au printemps et à l'automne, lorsque les température s journalières varient considérablement). Comme l'indique la figure 1, l'effet de la température de l'air sur l'excès d'air dans les gaz de carneau peut être impressionnant.

Dans le même ordre d'idées, la masse de gaz naturel circulant dans un tuyau chutera si la pression dans le tuyau d'alimentation diminue. Cela pourrait se produire lorsque le débit du combustible vers une deuxième chaudière augmente. Le débit constant des combustibles liquides, bien que moins influencé par la température, dépend quand même d'une pression d'alimentation stable vers une soupape conservant une position constante. Si la pression augmente (par exemple, lorsqu'une deuxième pompe est mise en marche), le débit du mazout, à une position de soupape déterminée, augmentera en conséquence.

Les écarts de pression et de température peuvent être corrigés par des systèmes perfectionnés de régulation d'air et de combustible, lesquels sont souvent onéreux. Pour éviter une telle dépense, on a souvent recours à des systèmes plus simples, moins précis et réglés à des marges plus grandes d'excès d'air en vue d'éviter un manque d'air. Ces systèmes ne peuvent pas assurer un fonctionnement continu optimal. En raison de pertes de chaleur plus élevées (c'est-à-dire des rendements énergétiques moindres) associées aux systèmes de contrôle moins perfectionnés, il serait profitable d'évaluer l'intérêt à investir dans un système de contrôle haut de gamme.

En ce qui concerne l'équipement de combustion actuellement en place, le principal moyen pour maximiser l'efficacité des systèmes de chauffage consiste à mesurer l'excès d'air et à le réduire au minimum. Optimiser l'air en excès (désigné également sous le terme de « régulation d'oxygène » ) signifie régler la circulation d'air dans le brûleur pour qu'elle corresponde au débit du combustible. Les réglages d'un brûleur, étalonnés à l'origine au cours de sa mise en service, devraient être examinés périodiquement. Le monoxyde de carbone (CO) est un indicateur sensible de combustion incomplète dont les concentrations devraient se situer entre zéro et peut-être 50 parties par million (ppm) par volume, au lieu de correspondre à la limite environnementale habituelle de 400 ppm. Chaque chaufferie devrait être équipée d'analyseurs étalonnés avec précision pour mesurer l'oxygène, le monoxyde de carbone et les oxydes d'azote (NO_x).

Une brève description des genres de dispositifs de régulation d'air et de combustible pouvant servir d'idées d'améliorations est présentée ci-après par ordre croissant de qualité et de coût.

Commandes marche-arrêt et à deux intensités

L'utilisation des commandes marche-arrêt et à deux intensités ne convient qu'aux procédés tolérant des cycles de température et de pression, tels les appareils de chauffage.

Commandes à faux-essieu mécanique

La plus simple des catégories de régulation de brûleur à action proportionnelle est utilisée dans les petits brûleurs, où on ne peut justifier le coût de systèmes plus complexes. Ces commandes ne peuvent pas mesurer la circulation d'air ni le débit de combustible. Le jeu dans le faux-essieu et les articulations nécessite des réglages à excès d'air plus élevés que nécessaire pour garantir un fonctionnement sûr, peu importe les conditions. La plage de régulation d'oxygène (correction d'oxygène) est limitée. La réponse de commande doit être très lente pour permettre au brûleur d'atteindre un état stable avant que la correction d'oxygène agisse.

Commandes parallèles

Des circuits séparés dans des commandes parallèles permettent de régler le débit du combustible et la circulation d'air grâce à la commande d'un régulateur central. L'opérateur peut régler le débit et la circulation séparément et neutraliser les réglages automatiques qui sont généralement appliqués à des chaudières plus anciennes de taille moyenne et munies de commandes pneumatiques. Leur rendement et leur sécurité de fonctionnement peuvent être améliorés par l'ajout d'avertisseurs signalant si la position d'une commande a changé ou si un étalonnage a disparu. De plus, un régulateur supplémentaire pourrait être ajouté pour la correction d'oxygène. Les inconvénients des commandes parallèles sont similaires à ceux des commandes à faux-essieu mécanique.

Commande de limite croisée

Habituellement installée sur des chaudières plus grosses, la commande de limite croisée peut permettre de détecter et de compenser certains facteurs influençant le rapport optimal air-combustible. Cette commande mesure la circulation d'air et le débit du combustible, et règle la circulation d'air pour maintenir la valeur optimale établie pendant les essais d'étalonnage. La composition des gaz de carneau peut être surveillée et employée pour le réglage de l'air. Le fonctionnement des chaudières est plus sûr lorsque la quantité d'air qui y circule ne chute pas au-dessous du minimum nécessaire pour brûler le combustible présent, et lorsque le débit de combustible n'augmente pas au-delà du seuil auquel la circulation d'air lui permet de brûler. La correction d'oxygène est possible mais sa plage de réglage est limitée. Cette mesure doit également être effectuée assez lentement pour permettre aux commandes principales d'atteindre l'équilibre recherché.

Régulation automatique de l'air en excès (correction d'oxygène)

Le coût élevé d'un analyseur d'oxygène et de son installation restreint l'utilisation de la correction d'oxygène aux grosses chaudières consommant du combustible pour une valeur annuelle allant de 100 000 à 1 million de dollars. En utilisant l'analyseur d'oxygène, on augmente l'efficacité énergétique de 1 à 2 p. 100. Dans le cas des très grosses chaudières, où des gains énergétiques de 0,1 p. 100 se traduisent par d' i m p o rtantes économies annuelles, on peut aussi habituellement mesurer le monoxyde de carbone.

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