Volume 22, numéro 1, mars 2008

Le gaz naturel, plus efficace et plus propre que le mazout lourd

Gaz Métro, avec l’aide du Centre de technologie du gaz naturel (CTGN), a récemment effectué une étude qui démontre que les chaufferies utilisant du gaz naturel sont en moyenne 2,91 % plus efficaces que lorsqu’elles brûlent du mazout lourd. Cette étude a été réalisée dans les industries des pâtes et papiers et l’aluminerie. Les résultats obtenus sont aussi valables pour toutes les industries utilisant le mazout lourd.

La perception du marché est souvent que le mazout lourd est plus efficace que le gaz naturel. Toutefois, afin de déterminer l’efficacité globale de la chaufferie, il faut soustraire les pertes liées à l’utilisation de chacun des combustibles. Des analyses approfondies sur 15 chaudières chez six utilisateurs industriels ont été effectuées. Tout a été scruté en profondeur.

Pour chaque chaudière, l’efficacité nominale a d’abord été calculée ou mesurée. Il s’agit de l’énergie utile produite sur une période de référence représentative comparée à l’énergie entrant dans la chaudière. Dans certaines chaufferies, des tests de combustion à différents régimes de production de vapeur ont servi à établir l’efficacité nominale de la chaudière.

Résultats de l’étude sur l’efficacité des chaudières

    Pertes
    Mazout Gaz naturel
1 Cheminée 14,56% 17,44%
2 Radiation 1,76% 1,76%
3 Purges 1,03% 1,03%
4 Chauffage du réservoir 0,17% 0,00%
5 Préchauffage avant le brûleur 0,04% 0,00%
6 Atomisation 1,57% 0,32%
7 Soufflage de suie 0,12% 0,00%
8 Encrassement moyen 1,79% 0,00%
9 Pompage 0,20% 0,00%
10 Eau d’appoint supplémentaire + produits chimiques 0,37% 0,00%
11 Additifs 0,15% 0,00%
12 Corrosion 1,69% 0,00%
  Total des pertes 23,46% 20,56%
  Efficacité globale 76,54% 79,44%
  Écart d’efficacité favorable au gaz naturel   2,91 %

Pertes communes

Certaines pertes sont communes au gaz naturel et au mazout lourd. Pour les deux combustibles, il s’agit des pertes liées à la cheminée, à la radiation et aux purges d’eau de la chaudière.

1. Cheminée

Les produits de la combustion entraînent une bonne quantité d’énergies et ces pertes sont les plus importantes pour les deux sources d’énergie (mazout lourd et gaz naturel).

2. Radiation

Les pertes par radiation sont causées par la chaleur qui se dégage des parois de la chaudière. Pour établir cette valeur, des abaques sont disponibles à l’American Boiler Manufacturers Association (ABMA) et nous montrent que les pertes sont en fonction de la capacité de la chaudière, de la production moyenne et du nombre de murs refroidis avec l’eau de la chaudière.

3. Purges

Quoique l’eau des chaudières requière habituellement d’être adoucie et traitée, des purges sont requises pour prévenir l’augmentation de la concentration de produits dissous dans l’eau. Les purges évitent l’accumulation de dépôts sur les tubes et garantissent un bon transfert de chaleur. De plus, elles permettent d’éviter l’emportement d’eau et assurent une bonne qualité de vapeur.

Pertes supplémentaires attribuables au mazout lourd

Le mazout lourd doit être traité, chauffé et pompé avant son utilisation dans les chaudières et celles-ci doivent en plus être nettoyées sur une base régulière. Malgré le nettoyage, des dépôts s’accumulent sur les surfaces internes et les équipements sont sujets à la corrosion. Des pertes dues à ces éléments doivent être considérées dans l’évaluation globale de l’efficacité des chaufferies. Voici les détails pour chacun des items énumérés plus haut.

4. Chauffage du réservoir

Le mazout lourd est visqueux et requiert habituellement du chauffage à 60 °C l’amenant à une température facilitant son pompage. Des serpentins de chauffage localisés à l’intérieur des réservoirs requièrent une bonne quantité de vapeur pour monter et maintenir la température requise.

5. Préchauffage avant le brûleur

Le préchauffage du mazout lourd s’effectue à 104 °C à l’aide de la vapeur. Toutefois, 80 % de l’énergie utilisée à cette étape est retournée par le mazout dans la chaudière. Il n’en demeure pas moins que 20 % de l’énergie est perdue dans le système de transfert.

6. Atomisation

Pour une combustion plus complète, le mazout lourd doit être brisé en petites particules au moyen d’injection de vapeur au niveau du brûleur.

Quoique cette étape ne soit absolument pas requise lorsque du gaz naturel est utilisé à la chaudière, un site injectait de la vapeur pour abaisser les émissions d’oxydes d’azote, étape qui n’était pas requise pour rencontrer les exigences du Québec.

7. Soufflage de la suie

Malgré les étapes 4, 5 et 6 décrites plus haut, de la suie se dépose sur les tubes de la chaudière. Pour l’enlever, le nettoyage utilise de la vapeur qui crée un effet de soufflage sur les tubes. Les chaudières sont dotées de plusieurs souffleurs qui sont actionnés durant la journée et des pertes s’ensuivent pour cette action.

8. Encrassement annuel moyen côté fumée

L’étape décrite précédemment, même si elle est effectuée sur une base régulière, ne peut pas assurer un nettoyage en profondeur sur toutes les surfaces internes de la chaudière. La suie qui s’accumule réduit le transfert thermique au fluide à chauffer et affecte l’efficacité globale.

9. Pompage du mazout lourd

Pour faire circuler le mazout lourd jusqu’au brûleur, l’utilisation de pompes est requise. La relation des coûts d’utilisation des moteurs électriques par rapport au coût d’approvisionnement du mazout lourd permet d’établir une perte en termes d’efficacité liée à ce poste.

10. Eau d’appoint supplémentaire et produits chimiques

Un volume additionnel d’eau est nécessaire pour le fonctionnement du mazout lourd. La vapeur consommée pour le soufflage de la suie, l’atomisation, le chauffage et le préchauffage doit être remplacée par de l’eau d’appoint. Cette eau est au préalable traitée au moyen de produits chimiques, qui se retrouve ensuite à l’égout. Des coûts supplémentaires sont associés à cette étape, ce qui se traduit par une perte d’efficacité calculée en fonction du coût d’approvisionnement en mazout lourd.

11. Additifs

Des additifs peuvent être ajoutés au mazout lourd afin de réduire le colmatage dans le réservoir.

12. Corrosion

Le soufre contenu dans le mazout lourd cause la corrosion sur les parois froides et réduit la vie utile de la chaudière.

Un coût de remplacement ramené sur une base annuelle est calculé et divisé par le budget annuel d’achat de mazout lourd et devient la perte due à la corrosion prématurée.

En conclusion, cette étude démontre clairement que le gaz naturel est plus efficace et plus propre que le mazout lourd et représente 2,91 % pour les 15 chaudières analysées récemment. En effet, le point de vue environnemental1 n’est pas à négliger car, basée sur l’opération de ces 15 chaudières, la réduction des émissions atmosphériques est très significative, soit 255 240 tonnes/an, ou 32,7 % de gaz à effet de serre et élimination quasi complète de l’oxyde sulfurique.

Guy Desrosiers, ing., CEM
Conseiller technique
Groupe DATECH

1. Pour plus de détails sur l’aspect environnemental de l’utilisation du gaz naturel comparativement au mazout lourd, consultez l’article Les chaudières industrielles à gaz naturel paru dans l’informa-TECH volume 20, numéro 2 de septembre 2006.