Chaufferie et équipements  

Jean Baribeault ing.

La Sarre 2 juin 2011

2

Plan de la présentation

1. Mission de l’entreprise

2. Les activités de l’entreprise

3. Facteurs qui influencent la conception des chaufferies

4. Les composantes d’une chaufferie

5. Des exemples dans le monde

6. Le combustible

7. Les émissions

3

1. Mission de l’entreprise

Développer, commercialiser et opérer

des équipements de chauffage à la

biomasse destinés aux bâtiments

commerciaux, institutionnels et

agricoles.

4

2. Les activités de l’entreprise

Conception et vente de chaudières à combustible solide

Produit: – Complètement automatisées – Puissance entre 50 kW et 350 kW– Performantes

Commercialisation Études de faisabilité Mise en route Formation Suivi du fonctionnement

5

2. Les activités de l’entreprise (suite)

Conception, fabrication et vente de chaufferie

Bâtiment contenant la chaudière, les contrôles et la réserve de combustible

Vente d’énergie

Vente d’énergie directement au client facturation basée sur la consommation

6

3.Facteurs qui influencent la conception des

chaufferies Coût de l’énergie Application

→ Bâtiments institutionnels→ Agricoles→ Réseaux

Charge→ Charge de base→ Charge de pointe

Type de combustible→ Pouvoir calorifique (essence)→ Taux d’humidité→ Granulométrie→ Teneur en cendre → Taux de poussières

Réglementations et normes en vigueurs et à venir Localisation Autonomie Mode de gestion

→ Type et durée du contrat

7

3. Comparaison du coûts de l’énergie pour le chauffage

Type de combustible

Coûts Par unité

Coûts$/kWh

Efficacité de conversion

%

Coûts$/kWh

net

Mazout #2 0,89 $/litre(1) 0,083$ 70-80 0,11

Gaz 0,50 $/m3 (2) 0,05 $ 70-85 0,065Électricité 0,08 $/kWh (3) 0,08 $ 100 0,08

Copeaux 65 $/tmv (4) 0,022 $ 70-80 0,029

Granules 175 $/tma (5) 0,035 $ 70-80 0,047

1- Source: Régie de l’énergie moyenne saison de chauffe actuelle Abitibi- Témiscaminque

saison dernière 0,77 $/litre

2- Coût moyen dépend de la consommation

3- Basé sur le coût moyen au tarif M pour une école

4- Comprend la récolte, le transport et le conditionnement

5- Comprend achat et transport

8

3. Énergie annuelle selon la puissance installée

Puissance de pointe : 335 kW Énergie totale chauffage: 392 000 kWh (50 000 litres mazout) 75% - 250 kW: 97% de l’énergie 50% - 167 kW: 75% de l’énergie

Énergie vs Puissance installée de la chaudière

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Puissance de la chaudière [% de la capacité maximale requise]

Én

erg

ie a

nn

uel

le [

% d

e l

a d

ema

nd

e t

ota

le]

9

3. Dimensionnement de la puissance des chaudières

Méthode Selon la charge de pointe: Selon la charge de base:

Définition: Dimensionner selon la charge de pointe + (15 %) Dimensionner selon une portion de la charge de pointe (50 à 70 %) qui couvrent plus de 90 % de l’énergie consommée

Avantages Consommation minimale de combustibles fossilesPermet l’ajout de nouvelles charges

Minimise les coûts d’investissementOptimise le rendementMinimise les émissions

Désavantages Augmentation des coûts d’investissementAugmentations des émissionsAugmentation de la consommation des combustibles fossiles à faible régime < 30 %

Augmentation de l’utilisation des combustibles fossiles reliée à la portion haut régimeNécessite l’utilisation d’un système d’appoint

Utilisation: Procédé Chauffage

10

4. Les composantes d’une chaufferie

Réserve de combustible

Système d’alimentation

Générateur de chaleur

Système de dépoussiérage

Système de gestion des cendresContrôle

Sécurité

Source: Itebe

11

4. Dimensionnement des réserves

Dimension de la réserveDimensionnement de la réserve en fonction :

% du volume de livraison et de l’autonomie prévue:

Exemple: Bâtiment qui consomme 80 000 litres de mazout #2 pour le chauffage

Type de combustible

Mazout #2 Granules 4700 kWh/t

Copeaux @20% H 4250 kWh/t

Copeaux @ 35% H3330 kWh/t

Poids (tonnes)

68 178 201 257

Volume (m3 ) 80 275 1005 1028

Volume du camion (m3 )

20 25 40 40

Nombre de livraison

4 11 25 26

Volume de la réserve (m3 )

20 30 60 60

12

4. Réserve de combustible (suite)

Réserve pour granules→ Facile d’accès pour la

livraison→ Dimension suffisante

pour contenir au moins1,5 fois le volume de livraison

→ Respecter l’intégrité architecturale du site

13

4. Réserve de combustible

Réserve pour copeaux

→ Protéger du gel→ Facile d’accès pour la livraison→ Dimension suffisante pour contenir

au moins1,5 fois le volume de livraison

→ Respecter l’intégrité architecturale du site

Source: FEI

14

4. Systèmes de convoyage

Dessileur rotatif à pales

Utilisé pour les copeaux et granules

Capacité 50 m3 max.

15

4. Systèmes de convoyage (suite)

Dessileur rotatif à vis

Utilisé pour les sous-produits de transformation secs

Source: Justsen

16

4. Systèmes de convoyage (suite)

Convoyeur à palettes

Convoyeur vibrant Convoyeur à vis

17

4. Livraison du combustible

Transport de copeaux et granules

→ Permettre une livraison rapide et propre

→ Facilité de mesurer le poids du chargement

Plancher mobile Benne à bascule Camion souffleur

Capacité de soufflage 2 m3/mindistance maximum 50 mHauteur Maximum 20 mVolume 28 – 36 m3

Source: Metla

18

4. Type de chambre de combustion

Grille mobile

→ Utilisation avec combustible humide

→ Utilisation avec combustible avec haute teneur en cendres

19

4. Nettoyage automatique des tubes de fumée

Injecteur d’air comprimé ou de vapeur

→ Fonctionne généralement lorsque le brûleur est en marche

→ Fonctionne de façon séquentielle, le quart des tubes ou moins sont nettoyés simultanément

→ La vapeur ou l’air est projeté en direction opposé à l’écoulement des gaz de combustion

Mécanique→ L’utilisation de tubulateurs

augmente l’efficacité de transfert thermique

Source: Köb

Source: Hargassner

20

4. Mesures de sécurité

Valve rotative ou clapet coupe feu

Puits coupe feu

Valve thermostatique

Mesure de température dans la vis d’alimentation

Pression négative dans le foyer

21

4. Mesures de sécurité (suite)

Mesure de température dans la chambre de combustion ou détecteur de flamme

Aquastat

Sonde de bas niveau

Mesure de la température des gaz de combustion

CSA B366.1-M91 sécurité appareil

22

4. Chaufferies

23

5. Des exemples dans le monde

HLM Autrans, France

Édifices chauffés : HLM Puissance : 320 kW Gestion et entretien: Compagnie privée Approvisionnement: Coopérative

forestière Propriété: HLM

24

5. Finlande

Édifices chauffés : École et centre sportif Puissance : 400 kW Gestion, entretien et approvisionnement par ENO

(coopérative forestière) Propriété: École et centre sportif

25

5. Plus près de nous…

Centre hospitalier de Campbellton chauffage aux écorces KMW

Centre hospitalier de Val-d’or chauffage aux écorces Volcano depuis 1981.

Centre Hospitalier de Amqui Biomasse forestière.

Centre Hospitalier de La Sarre…

Centre Hospitalier de Roberval

26

6. Le combustible

Conditionnement Caractéristique Granules Normalisation

27

6. Conditionnement

Séchage en bord de route

De 3 mois à 1 ans

Taux d’humidité passe de 60% à 25%

Séchage sous abri capacité 2000 map

28

6. Conditionnement (suite)

29

6. Caractéristiques des combustibles

Combustible Pouvoir calorifique

kWh/kg

Densité énergétique

kWh/m3

Volume de stockage(mazout=1)

Copeaux@35% H 3,3 750-1000 10-13

Granulés 5,0 3200 3

Mazout no.2 11,8 10 700 1

30

6. Granules de bois

Figure 6.2 Bateau contenant de 27 000 tonnes de granules de bois au port de Rotterdam

Les avantages:

• Grande densité d’énergie (5 kWh/Kg)

• Combustible normalisé

• Facilité de transport (capacité de fluage)

• Transport par bateau

• Distribution en sac de 18 Kg (90 kWh)

• Distribution par camion souffleur

• Gros sac de 1 tonne

Les désavantages:

• Disponibilité de la matière première

• Stabilité de l’approvisionnement

Les besoins

Recherche de nouvelle matière première

Prix de vente compétitif

31

6. Normalisation, contrôle de la qualité

Paramètres Caractéristiques Méthode de vérificationd’échantillonnage

Granulométrie 0,5 à 2 po X 0,25 à 0,5 po Mesure

Taux d’humidité 5% à 35 % Mesure (étuve)

Taux de cendre 1% à 5 % Laboratoire+ volume de cendres

Taux de poussières 1% à 3 % laboratoire

Impureté 0 Inspection visuelle

32

7. Émissions

Règlement en vigueur au Québec

Émissions particulaires: > 3 MW 300 mg/Nm3 (200 mg/MJ)

< 3 MW 600 mg/Nm3 (400 mg/MJ) Depuis avril 2011

• CSA B-415:< 2 MW 137 mg/MJ

33

7. Émissions de CO, NO2 et SO2 lors de la combustion

(mg/MJ)

Type de Système Eff % SO2 NOxCOV CO CO2 Poussières

mazout 75 140 40 10 50 78000 5

gaz naturel 80 0 40 5 50 52000 0

Chaudière bûches moderne 75 10 42 9 366 0 100 à 300

Chaudière à copeaux ou granules

75 10 45 2 100 0 10 à 150

Poêle non certifié Combustion lente

40 10 50 1000 6000 0 2000

Poêle certifié EPA(5 à 7,5 g/h)

60 10 42 9 366 0 165-250

SO2 : dioxyde de soufre

NOx : oxydes d’azote

COV : composés organiques volatiles

CO : monoxyde de carbone

CO2 : dioxyde de carbone

Source: BLT

34

7. Gestion des cendres

2 modes de décendrage

→ Par voie sèche ( 500 à 600 kg/m3)→ Par voie humide(1000 kg/m3)

Volume produit pour 1000 tonnes de bois@ 40 % H

→ 6 tonnes ou 11 m3 (voie sèche)→ 8,4 tonnes ou 8,4 m3 (voie humide)

Utilisation→ Amendement sols agricoles ou forestiers→ Redressement du pH

Composition

→ contiennent du calcium, du potassium, du magnésium, du phosphore

→ un pouvoir basique très intéressant (pH de l'ordre de 12 - 13).

35

7. Systèmes de dépoussiérages

Cyclone→ Filtration maximale autour de 200 mg/Nm3

Multi-cyclones → Filtration maximale 150 mg/Nm3

Lavage des gaz, système humide (scrubber)→ Filtration maximale 20 mg/Nm3

→ Grande consommation d’énergie

En Suisse, tous les nouveaux chauffages au bois de plus de 70 kW devront être équipés d’un dispositif de dépoussiérage efficace(électrofiltre, filtre en tissu, etc.) d’ici à 2015.

30 mg/Nm3

Actuellement au Québec les normes permettent

600 mg/Nm3

36

7. Systèmes de dépoussiérages

Filtre à sacs→ Filtration maximale 20 mg/Nm3

→ Utilisation des fibres de verre requise

Électro-filtres→ Filtration maximale 20 mg/Nm3

→ Coûts élevés

Poussières

Gaz etparticules

Gaz propre

Sacs filtrantsou cartouches

(a) Statique

Source: FEI

37

Fin de la présentation

Merci de votre

attention!