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

Colloque multiénergie AGPIMarie-Joëlle Lainé, ing.Conseillère Groupe DATECH

Plan de présentation

1. Mise en contexte2. Définition d’une chaufferie3. Bilan énergétique4. Cas type5. Mesures d’efficacité énergétique6. Conclusion et questions

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Mise en contexte

Programme de subventions pour l’implantation de mesures efficacesCalcul des économiesVapeur : trop souvent évaluée à 65 % d’efficacité

Objectifs1 Simplifier la présentation des calculs1. Simplifier la présentation des calculs2. 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

• Normes, surveillance et certification

• Bilan énergétique• Chiffrier de calculs• Mesures d’économie d’énergie• Validation du calculateur avec• Postes de consommation d énergie

• Méthodes d’évaluation de l’efficacité énergétique

Validation du calculateur avec des données réelles

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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 –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

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Traitement d’eau

Objectifs du traitement d’eau d’alimentation

1. Entartrage – boues – entraînement de contaminants2. Eau d’appoint provient de l’eau municipale et est mélangée au

retour de condensat3. Préserver les composants de la chaudière et du réseau de vapeur4. 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 A l ti d lid d lid di t t d b1. 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 la4. Évaporation de l eau = augmentation de la concentration de boues et de contaminants

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Système de purges

Types de purgePurge de décontaminationPurge de fond

Niveaux de purgesSelon 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

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Évaluation de l’efficacité :3 méthodes

1. Méthode directeDonnées de production de vapeurD é d ti d b tiblDonnées de consommation de combustible

2. Méthode indirecteMesures sur les fumées de combustionMesure sur l’air de combustion

3 Bil d’é i3. Bilan d’énergieMesure sur l’air de combustionCalcul 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 énergétiquesChaudières – brûleur – combustionDégazeurSystème de purge

Norme ASTM PTC-4 pour le calcul des pertes p ppar les fumées

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Bilan d’énergie -Données et calculs

Caractéristiques de la chaudièrePuissanceT é tTempératurespression de vapeur% de purge

Quantité de gaz naturel au brûleur 96 % Méthane – CH42 % Éthane – C2H6

% CO1 % Dioxyde de carbone – CO21 % Azote – N2Pouvoir calorifique supérieur : 37,4 MJ/m³

Équation de combustion du gaz naturel pour établir la quantité de fumée produite

Bilan d’énergieDonnées 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)

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Bilan d’énergie - Résultats

Efficacité de chauffe : énergie disponible pour générer de la vapeurDébit d’alimentation d’eau : vapeur saturée et vapeur surchaufféeQuantité d’eau évacuée à la purgeQuantité totale de vapeur produiteQuantité de vapeur pour la désaérationp pProduction de vapeur utilisableEfficacité de génération de vapeur utileRatio gaz naturel - vapeur

Outil SPEC – Entrée des données

Nombre de chaudières dans la chaufferie 1

Informations sur la chaufferie

Nombre de chaudières dans la chaufferieChaudière 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 surchauf fée.

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

Propriétés des chaudières

Type de chaudière

Puissance du brûleur de la

2344 2344 2344 2344

Puissance du brûleur de la chaudière en opération (kW)

Puissance maximale de production de vapeur de la chaudière (kW)

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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

Autres 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 260Température des fumées ( C) 260 260 260 260Température 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

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Outil SPEC – RésultatsDonnées 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/hQua é o a e d é e g e ou e au b û eu s des c aud è es 98,00 ,50 o s de u/Alimentation totale en gaz naturel 211,57 m3/h 7 471,26 pi3/hQuantité totale de vapeur fournie aux utilisateurs 2 107,27 kg/h 4 645,73 lb/hEfficacité globale de production de vapeur utile de la chaufferie 72,33% 72,33%Ratio gaz naturel/vapeur 0,1004 m3/kg 1,608 pi3/lbAlimentation 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/hTotale 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/hTotale 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/hTotal des pertes par l'évent du dégazeur (% de l'énergie alimentée) 1,24% 1,24%

Outil SPEC – Résultats2 107,27 kg/h

21,32%Fumées de combustion

Vapeur pour utilisation

1,24%35,09 kg/h

Cheminée

Pertes de vapeur par l'évent du dégazeur

2,67%

2,73%

211,57 m3/h

2 380,40 kg/h238,04 kg/h

Gaz naturelTotal des pertes par radiation et par convection

Total des purges

Chaufferie

Alimentationd'eau

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Outil SPECProchaines étapes

Validation de la performance de l’outil à partir de données de li tclients :

Université LavalCCUM

Production de chiffrier de calcul pour les principales mesures d’économies d’énergied 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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Merci! Questions?