L’efficacité de combustion
L’efficacité de combustion d’une chaudière est définie par la somme des pertes d’énergie contenues dans les gaz à la sortie de la chaudière. Elle représente l’énergie résiduelle qui n’a pas été transférée à l’eau, à la vapeur ou dissipée dans l’environnement par radiation.
Ces pertes d’énergie se répartissent comme suit :
- Pertes de l’énergie des molécules de la composition du gaz (sec)
- Pertes de l’énergie des molécules d’eau issues de l’humidité de l’air
- Pertes de l’énergie des molécules d’eau produites par l’oxydation des molécules d’hydrogène (H₂) dans le combustible
En négligeant les pertes liées aux imbrûlés, les pertes dues à l’oxydation des molécules d’hydrogène dans les combustibles constituent la principale source d’inefficacité d’une chaudière. Pour maximiser l’efficacité, il est crucial de condenser les gaz afin de récupérer l’énergie contenue dans la vapeur d’eau.
Température des gaz et efficacité de combustion
La quantité d’énergie contenue dans les molécules des gaz est directement proportionnelle à leur température. Par conséquent, il est possible de représenter graphiquement l’efficacité de combustion en fonction de la température des gaz pour une condition d’opération et un combustible donnés.
Le graphique ci-dessous illustre cette relation dans le cas de la combustion de gaz naturel avec 15 % d’excès d’air. On y observe la corrélation entre la température des gaz et l’efficacité de combustion.
Différences entre les efficacités
L’efficacité de combustion décrite ci-dessus est identique à celle mesurée par un analyseur de combustion, généralement utilisé pour prendre des mesures dans la cheminée. Cet analyseur fournit l’efficacité réelle en fonction des conditions opérationnelles spécifiques : type de combustible, excès d’air, altitude, etc.
Cependant, cette efficacité de combustion ne correspond pas directement à l’efficacité de la chaudière, souvent appelée efficacité « fuel-to-steam ». Pour la déterminer, il faut soustraire les pertes par radiation :
Efficacité de la chaudière (Fuel-to-steam) = Efficacité de combustion – Pertes par radiation
Impact des pertes par radiation
Les pertes par radiation restent relativement constantes sur la plage d’opération d’une chaudière (en BTU/h). Toutefois, leur pourcentage par rapport à la puissance totale augmente lorsque la chaudière fonctionne à faible charge. Il est donc essentiel de spécifier le régime de la chaudière lors du calcul de l’efficacité « fuel-to-steam ».
Efficacité de la chaudière selon la plage d’opération
Lorsque le régime de puissance de la chaudière diminue, la température des gaz baisse, ce qui entraîne une augmentation de l’efficacité de combustion. À l’inverse, les pertes par radiation augmentent proportionnellement avec la baisse du régime. Par conséquent, il existe un point d’équilibre sur la plage d’opération où l’efficacité globale de la chaudière est optimale. Ce point d’équilibre se situe généralement autour de 75 % de la puissance nominale, comme le démontre le graphique suivant.
