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!
Merci! Questions?