L’outil SPEC : calculez l’efficacité de votre chaufferie vapeur

Congrès 2014 de l’AQME

Marie-Joëlle Lainé, ing.

Conseillère Groupe DATECH

Plan de présentation

1. Mise en contexte

2. Définition d’une chaufferie

3. Bilan énergétique

4. Cas type

5. Mesures d’efficacité énergétique

6. Conclusion et questions

Mise en contexte

Programme de subventions pour l’implantation de

mesures efficaces

Calcul des économies

Vapeur : trop souvent évaluée à 65 % d’efficacité

Objectifs

1. Simplifier la présentation des calculs

2. Faciliter l’identification de mesures d’économie d’énergie

Projet avec le Centre des technologies du gaz naturel

Développement d’un simulateur pratique et précis confié au

Centre des technologies du gaz naturel (CTGN)

Points analysés :

• Définition d’une chaufferie

• Types de chaudières et

caractéristiques

• Traitement d’eau

• Purge

• Postes de consommation d’énergie

• Méthodes d’évaluation de

l’efficacité énergétique

• Normes, surveillance et

certification

• Bilan énergétique

• Chiffrier de calculs

• Mesures d’économie d’énergie

• Validation du calculateur avec

des données réelles

Composition d’une chaufferie

Définition d’une chaufferie

Les chaudières

Caractéristiques Chaudières à

tubes de fumée

Chaudières à

tubes d’eau

Chaudières à

serpentin

Chaudières

sans tube

Encombrement Moyen Moyen Compacte Compacte

Démarrage Lent Rapide Rapide Rapide

Absorption des

changements de charge Mauvaise Bonne Bonne Mauvaise

Besoin en traitement

de l’eau Moyen Élevé Élevé Moyen

Capacité maximale –

Lbs/hr de vapeur 50 000 260 000 34 500 5 000

Pression maximale de

vapeur - psi 300 3 000 3 000 500

Production de vapeur

surchauffée Non Oui Non Non

Traitement d’eau

Objectifs du traitement d’eau d’alimentation

1. Entartrage – boues – entraînement de contaminants

2. Eau d’appoint provient de l’eau municipale et est mélangée au

retour de condensat

3. Préserver les composants de la chaudière et du réseau de vapeur

4. Effet sur l’efficacité des échanges thermiques, blocage de tubes,

corrosion à haute température

Trois étapes

1. Adoucissement 2. Désaération 3. Produits chimiques

Système de purges

Définitions

1. Accumulation de solides, de solides dissouts et de boues

2. Dans la calandre et les ballons de vapeur

3. Dans les parties inférieures des composants de la

chaudière ou près de la surface de l’eau

4. Évaporation de l’eau = augmentation de la

concentration de boues et de contaminants

Système de purges

Types de purge

Purge de décontamination

Purge de fond

Niveaux de purges

Selon le USDOE, les niveaux de purge des chaudières sont

généralement maintenus entre 4 % et 8 %, mais peuvent atteindre

10 % de la quantité d’eau alimentée

Postes de consommation d’énergie

Évaluation de l’efficacité : 3 méthodes

1. Méthode directe

Données de production de vapeur

Données de consommation de combustible

2. Méthode indirecte

Mesures sur les fumées de combustion

Mesure sur l’air de combustion

3. Bilan d’énergie

Mesure sur l’air de combustion

Calcul des pertes d’énergie

Méthode privilégiée par le

CTGN pour l’outil SPEC

Bilan d’énergie – Hypothèses

Chaufferie typique telle qu’illustrée plus haut

Postes énergétiques

Chaudières – brûleur – combustion

Dégazeur

Système de purge

Norme ASTM PTC-4 pour le calcul des pertes

par les fumées

Bilan d’énergie - Données et calculs

Caractéristiques de la chaudière

Puissance

Températures

pression de vapeur

% de purge

Quantité de gaz naturel au brûleur

96 % Méthane – CH4

2 % Éthane – C2H6

1 % Dioxyde de carbone – CO2

1 % Azote – N2

Pouvoir calorifique supérieur : 37,4 MJ/m³

Équation de combustion du gaz naturel pour établir la

quantité de fumée produite

Bilan d’énergie Données et calculs

Évaluation des pertes sèches : norme ASTM-PTC-4

Pertes humides : énergie contenue dans la vapeur d’eau

provenant de la combustion du gaz naturel

Pertes par radiation et convection : à partir des données

de l’American Boiler Manufacturers Association (ABMA)

Bilan d’énergie - Résultats

Efficacité de chauffe : énergie disponible pour

générer de la vapeur

Débit d’alimentation d’eau : vapeur saturée et

vapeur surchauffée

Quantité d’eau évacuée à la purge

Quantité totale de vapeur produite

Quantité de vapeur pour la désaération

Production de vapeur utilisable

Efficacité de génération de vapeur utile

Ratio gaz naturel - vapeur

Outil SPEC – Entrée des données

Nombre de chaudières dans la chaufferie 1Chaudière 1 Chaudière 2 Chaudière 3 Chaudière 4

1 1 1 1C ette chaudière ne

peut pas pro duire de

vapeur surchauffée.

C ette chaudière ne peut

pas pro duire de vapeur

surchauffée.

C ette chaudière ne peut

pas pro duire de vapeur

surchauffée.

C ette chaudière ne peut

pas pro duire de vapeur

surchauffée.

Puissance maximale du brûleur de

la chaudière (kW)2930 2930 2930 2930

2198 2198 2198 2198

2344 2344 2344 2344

Informations sur la chaufferie

Propriétés des chaudières

Type de chaudière

Puissance du brûleur de la

chaudière en opération (kW)

Puissance maximale de production

de vapeur de la chaudière (kW)

Outil SPEC – Entrée des données

1 1 1 1

Pression manométrique (kPa) 1900 1900 1900 1900

Non nécessaire Non nécessaire Non nécessaire Non nécessaire

0 0 0 0

Propriétés de la vapeur pour chaque chaudière

Degré de surchauffe (°C)

Type de vapeur produite

Outil SPEC – Entrée des données

Température d'alimentation de

l'eau d'appoint (°C) 20 20 20 20

Retour de condensat disponible? 2 2 2 2

% de condensat dans l'eau

d'alimentation 0% 80%

Température du retour de

condensat (°C) 100 80

% de purge de la chaudière 1100% 11 11 11

Température des fumées (°C) 260 260 260 260

Température de l'air de combustion

(°C) 20 20 20 20

% Excès d'air de combustion 4000% 40 40 40

Température du gaz naturel (°C) 20 20 20 20

Autres données

Outil SPEC – Résultats

Données en unités

internationales

Données en unités

impériales

Nombre de chaudières dans la chaufferie1 1

Quantité totale d'énergie fournie aux brûleurs des chaudières 2 198,00 kW 7,50 Millions de Btu/h

Alimentation totale en gaz naturel 211,57 m3/h 7 471,26 pi3/h

Quantité totale de vapeur fournie aux utilisateurs 2 107,27 kg/h 4 645,73 lb/h

Efficacité globale de production de vapeur utile de la chaufferie 72,33% 72,33%

Ratio gaz naturel/vapeur 0,1004 m3/kg 1,608 pi3/lb

Alimentation totale d'eau à la chaufferie 2 380,40 kg/h 5 247,88 lb/h

Efficacité globale de chauffe 76,01% 76,01%

Totale des pertes par les fumées 468,61 kW 1,60 Millions de Btu/h

Totale des pertes par les fumées 21,32% 21,32%

Totale des pertes par radiation et par convection 58,69 kW 0,20 Millions de Btu/h

Totale des pertes par radiation et par convection (% de l'énergie alimenté) 2,67% 2,67%

Totale des pertes par la purge 60,01 kW 0,20 Millions de Btu/h

Totale des pertes par la purge 238,04 kg/h 524,79 lb/h

Totale des pertes par la purge (% de l'énergie alimenté au brûleur) 2,73% 2,73%

Total des pertes par l'évent du dégazeur 27,26 kW 0,09 Millions de Btu/h

Total des pertes par l'évent du dégazeur 35,09 kg/h 77,36 lb/h

Total des pertes par l'évent du dégazeur (% de l'énergie alimentée) 1,24% 1,24%

Outil SPEC – Résultats

2,67%

2,73%

2 107,27 kg/h

21,32%

211,57 m3/h

1,24%

2 380,40 kg/h

238,04 kg/h

35,09 kg/h

Gaz naturelTotal des pertes par radiation et par convection

Fumées de combustion

Cheminée

Total des purges

Chaufferie

Vapeur pour utilisation

Pertes de vapeur par l'évent du dégazeur

Alimentationd'eau

Outil SPEC Prochaines étapes

Validation de la performance de l’outil à partir de données de

clients :

Université Laval

CCUM

Production de chiffrier de calcul pour les principales mesures

d’économies d’énergie

Outil SPEC – Pour vous

Surveillez vos courriels, l’outil SPEC sera

sous peu disponible au

partenaires.gazmetro.com!

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