Les chaudières marines, c’est mal aimées

Les chaudières (vapeures ou thermiques) sont des équipements qui sont vastement utilisés, et cela depuis des décennies. Ils sont la pierre angulaire de la révolution industrielle. Pour récupérer la chaleur du combustible et la transférer à un fluide thermique (eau ou huile) il n’y a pas mieux.

L’utilisation des chaudières de récupération (économiser) a fait grimper le rendement thermique des navires à moteur jusqu’à éliminer ceux mus par la vapeur.

Leurs efficacités peuvent s’avérer surprenantes, plus de 90% dans certains cas. Par contre sur les chaudières de taille réduite, leurs rendements dépassent rarement 80%.

Bien qu’elles soient conçues pour être efficaces, on retrouve fréquemment des rendements relativement faibles sur les chaudières marines (sur les navires-diésels principalement). Les raisons sont liées à leurs  designs, mais surtout à leurs entretiens.

Principe d’opérations pour une chaudière efficace

Afin d’atteindre l’efficacité de sa conception, une chaudière doit être bien opérée et entretenue. La majorité du rendement d’une chaudière dépend de sa propreté. Tant du côté eau que du côté chaleur.

La qualité de l’eau est primordiale, il faut éviter de la faire fonctionner avec de l’eau ‘brute’ à tout prix. L’utilisation d’une eau déminéralisée est donc une priorité absolue. Cette eau doit être adoucie par l’ajout de train de déminéralisation (adoucisseurs) ou produite par un évaporateur. C’est le premier principe.

Sans cette précaution des dépôts calcaires s’accumuleront et réduiront l’échange thermique. Par exemple une épaisseur souvent mesurée de 3 mm réduira le rendement de près de 15%.

Du côté chaleur les dépôts de suies sont dus à une combustion mal ajustée. Souvent c’est lors des allumages fréquents que les problèmes surviennent.

Traditionnellement les brûleurs des chaudières auxiliaires sur les navires possèdent des brûleurs trop gros qui fonctionnent sur deux régimes, Haut Feu et Bas Feu. Cette technique est dépassée et coûte une fortune en énergie. Il est souvent préférable d’installer des brûleurs avec un atomiseur plus petit. L’idéal est un brûleur installé avec une modulation de 10:1 qui couvre la majorité des besoins du navire. C’est le deuxième principe.

Le problème lié à une installation ‘ON/Off’ n’est pas seulement néfaste pour l’encrassement, elle réduit le rendement de façon notable, car à chaque cycle de purge (allumage) une bonne quantité d’énergie est évacuée vers l’atmosphère. Une perte représentant 3 à 5% peut alors être mesurée. Sans parler des chocs thermiques à répétions qui réduisent de façon importante sa durée de vie.

On remarque également souvent que l’excès d’air est beaucoup trop haut. L’air est l’ennemie à abattre en combustion traditionnelle. Un brûleur bien ajusté ne devrait pas produire plus de 5% d’oxygène dans les gaz de combustion. On retrouve souvent 8% et même 10% d’O2 à la sortie des cheminées. Chaque 2% en trop en excès d’air fait perdre un autre 1% d’efficacité. C’est le troisième principe.

Du point de vue thermodynamique plus la température de l’eau d’alimentation est haute plus le rendement est élevé. La température du réservoir de condensat (hot well) doit être maintenue le plus haut possible. Pas seulement pour des questions de rendement, mais également pour réduire l’excédent d’oxygène dans l’eau d’alimentation ce qui favorise la corrosion. Un contrôle de température de l’eau d’alimentation est primordial. C’est le quatrième principe.

Au final, à cause de tous ces facteurs, le rendement des chaudières marines est souvent inférieur à 60%. La température des gaz d’échappement est un bon indicateur de cette réalité. 325 à 420 degrés Celsius. Une chaudière à 6 bars produit de la vapeur à 165 degC, un delta de température juste supérieure au point de rosée du souffre est acceptable (280 degC) chaque degré supplémentaire représente du combustible, des gaz à effet de serre et surtout….De l’argent.

Quand le navire navigue, la totalité des besoins en chaleur doit être fournie grâce à la chaudière de récupération (économiser). Il y a une importante quantité de chaleur disponible sur un moteur diésel, si ce n’est pas le cas, il faut s’attaquer à ce problème en priorité.

Par la suite, au port ou à l’ancre une chaudière auxiliaire bien ajustée et entretenue fournira de l’énergie thermique à bon prix.

À titre d’exemple, si vous consommez 500kW de chaleur et que vous utilisez votre chaudière 100 jours par année (au port ou à l’ancre) une amélioration de son rendement de 20% vous fera sauver environ 45 tonnes de combustible par année et réduira vos GES de 144 tonnes.

Avec le PETMAF il vous sera possible d’obtenir 144,000$ d’aide financière pour améliorer le sort de votre pauvre chaudière…Et réduire vos GES.

Lors d’un audit énergétique, GHGES calcule le rendement de vos chaudières auxiliaires et de récupération. En plus d’obtenir un bilan complet de votre consommation en énergie.

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