La gestion de la qualité de l’eau dans une chaudière est essentielle pour garantir son efficacité, sa durabilité et éviter des problèmes d’exploitation. Un paramètre clé à surveiller est la conductivité, qui reflète la concentration en solides dissous totaux (TDS – Total Dissolved Solids). Une conductivité excessive peut entraîner plusieurs problèmes :
- L’entartrage des surfaces d’échange thermique : réduction du rendement énergétique et risque de surchauffe des tubes.
- La corrosion : accélérée en présence d’ions agressifs, comme les chlorures et les sulfates.
- L’entraînement de gouttelettes d’eau dans la vapeur (priming et foaming) : altération de la qualité de la vapeur et risques pour les équipements en aval.
La purge : la seule méthode de contrôle de la conductivité
Il existe deux types de purges :
- Purge de surface (continue) : élimine l’eau contenant une concentration élevée de TDS à la surface de la chaudière.
- Purge de fond (intermittente) : évacue les boues et solides accumulés au fond de la chaudière.
Une gestion optimale de ces purges permet de contrôler la conductivité tout en minimisant les pertes d’eau et d’énergie.
Facteurs influençant le calcul de la purge
Conductivité de l’eau d’appoint
L’eau d’appoint est l’eau fraîche ajoutée pour compenser les pertes par évaporation, purge et fuites. Sa conductivité dépend de son origine et des traitements appliqués (osmose inverse, déminéralisation).
Pourcentage de retour de condensat et qualité de la vapeur
Le retour de condensat joue un rôle clé dans la réduction du taux de purge. Son niveau de conductivité dépend principalement de la qualité de la vapeur produite :
- Plus la vapeur est sèche et pure, moins elle transporte d’eau liquide, donc plus la conductivité du condensat est faible.
- Un retour de condensat élevé limite l’apport de nouveaux solides dissous dans la chaudière, réduisant ainsi le besoin de purge et la consommation de produits chimiques.
Injection de vapeur au dégazeur
Le dégazage thermique consiste à injecter de la vapeur dans un dégazeur ou un réservoir de condensé pour éliminer les gaz dissous par l’effet thermique (oxygène et CO₂).
Puisque la vapeur injectée ne contient aucun solide dissous, elle vient diluer la conductivité de l’eau d’alimentation de la chaudière.
Composition de l’eau d’alimentation de la chaudière
La conductivité de l’eau d’alimentation est déterminée par le mélange des flux suivants :
- Eau d’appoint (contenant des TDS).
- Retour de condensat (généralement faible en TDS).
- Vapeur injectée au dégazeur (sans TDS).
Elle est calculée par le principe de la conservation de la masse des solides dissous dans le réservoir. Elle peut être approximée par la formule suivante :
Conductivité de l’eau d’alimentation (ppm) ≈ 0.8 x (1 – Retour de condensé (%) ) x Conductivité de l’eau d’appoint (ppm)
Conductivité maximale tolérée par la chaudière
Chaque chaudière a une limite de conductivité définie en fonction de sa pression de fonctionnement et de sa conception. Il est essentiel de se référer au manuel du fabricant pour connaître la valeur spécifique.
À titre d’exemple, une chaudière opérant à 300 psi a généralement une conductivité maximale admissible d’environ 3 500 ppm.
Puisque la vapeur sortante contient très peu de TDS, les solides restent et s’accumulent dans la chaudière. La purge est donc essentielle pour évacuer ces solides et maintenir l’équilibre.
Calcul du taux de purge
Le taux de purge est basé sur la conservation de la masse des solides dissous dans la chaudière. Par simplification, il est approximé avec la formule suivante :
Taux de purge (%) ≈ conductivité de l’eau d’alimentation (ppm) / conductivité de l’eau dans la chaudière (ppm)
Remarque importante
- Les fabricants de chaudières utilisent un taux de purge de 3 % dans leurs calculs de performances, sans considération du taux réel.
- Ils négligent l’impact du taux de retour du condensat.
Ce qui peut mener à une purge sous-estimée dans le dimensionnement et une capacité effective de production de vapeur inférieure aux attentes.
Impact énergétique d’un taux de purge élevé
Un taux de purge trop élevé entraîne des pertes considérables :
- Perte d’eau chaude : L’eau purgée contient une grande quantité d’énergie thermique.
- Augmentation de la consommation d’eau d’appoint : Eau facturée au volume consommé.
- Surconsommation de produits chimiques : Chaque litre d’eau d’appoint nécessite un traitement.
- Surproduction de CO2 : La perte d’énergie se traduit par une consommation plus élevée de combustible.
Facteurs pour réduire le taux de purge et minimiser l’impact énergétique
- Maximiser le retour de condensat
- Optimiser le traitement de l’eau d’appoint avec l’ajout d’un système d’osmose inverse.
- Utiliser un contrôle automatique de la purge pour ajuster les purges en temps réel.
- Récupération de chaleur des purges pour préchauffer l’eau d’appoint.
Ressources :
- Fichier Excel pour calculs de la purge. (Bientôt disponible en téléchargement. Communiquez avec nous pour recevoir une copie par email.)
Pour complément d’information :