La conception de base des chaudières est restée pratiquement inchangée depuis le premier siècle de notre ère. En utilisant une source d'énergie telle que le charbon, le pétrole, le gaz naturel ou l'énergie solaire, une chaudière chauffe l'eau jusqu'à produire de la vapeur, laquelle sert ensuite de source d'énergie. Les générateurs de vapeur à récupération de chaleur (HRSG) sont également appelés chaudières de récupération, car ils réutilisent la chaleur résiduelle des chaudières pour des applications secondaires.
Les chaudières
Dans les chaudières à tubes d'eau (watertube), des fours remplis d'air contiennent des tubes remplis d'eau. Lorsque l'air est chauffé, il provoque l'ébullition de l'eau contenue dans les tubes, ce qui génère de la vapeur. À l'inverse, dans les chaudières à tubes de fumée (firetube), des réservoirs remplis d'eau contiennent des tubes parcourus par l'air chaud.
Selon la société P.C. McKenzie Company, les chaudières à tubes de fumée sont plus compactes et conviennent aux pressions modérées, allant jusqu'à 250 psig (livres-force par pouce carré manométrique). Les chaudières à tubes d'eau, quant à elles, sont nettement plus grandes et capables de supporter des pressions beaucoup plus élevées, atteignant jusqu'à 5 000 psig.
Les générateurs de vapeur à récupération de chaleur (HRSG)
Au lieu de rejeter les gaz de combustion chauds directement dans l'atmosphère, les HRSG récupèrent ces gaz et les valorisent pour alimenter d'autres applications. Par exemple, la Chicago Bridge and Iron Company installe des HRSG dans des centrales électriques, où la chaleur résiduelle récupérée sert à entraîner des turbines.
Selon PG Environmental and Thermal Technologies, bien que les HRSG puissent présenter des conceptions variées, trois sections fondamentales sont communes à tous les modèles : l'évaporateur, le surchauffeur et l'économiseur.
Les centrales de cogénération (CHP)
Les centrales de production combinée de chaleur et d'électricité (cogénération, ou CHP) associent les technologies des chaudières et des HRSG afin de maximiser le rendement énergétique et de réaliser des économies. Selon l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA), les centrales de cogénération offrent des solutions performantes permettant de produire simultanément de l'électricité et de l'énergie thermique à partir d'une seule source de combustible.
Cette technologie est particulièrement répandue dans les industries consommant à la fois de la vapeur et de l'électricité, comme les usines chimiques, les raffineries et les papeteries. L'EPA souligne également que la cogénération contribue à réduire de manière significative les émissions de dioxyde de carbone, principal responsable de l'effet de serre cumulé.
Points de vigilance
Étant donné que les générateurs de vapeur émettent des polluants, des dispositifs de contrôle des émissions doivent impérativement être mis en place afin de limiter les risques pour la santé. Le monoxyde de carbone (CO) constitue l'un des sous-produits de la combustion des chaudières, les émissions les plus élevées étant observées avec les combustibles à base de bois.
Conformément aux spécifications propres à chaque chaudière, une ventilation adéquate est essentielle pour prévenir les risques d'intoxication au CO, quelle que soit la source de combustible utilisée. De plus, les cheminées d'évacuation doivent être soigneusement étanchéifiées afin d'empêcher toute fuite de gaz nocifs au niveau des joints. À titre d'exemple, selon l'université Rutgers, l'utilisation d'un fioul à faible teneur en azote permet de réduire sensiblement les émissions polluantes.
Source : https://jardin.98905.com/home-repair-maintenance/plumbing/1007076839.html