La vapeur les deux côtés de la médaille

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1 La vapeur les deux côtés de la médaille Ateliers-Conférences sur le séchage du bois Vincent Lavoie, ing. f. Chercheur séchage du bois, 16 avril 2015

2 Introduction Objectifs de la présentation: Relever certains faits par rapport à l utilisation de la vapeur comme source d énergie lors du séchage Soulever une réflexion sur l utilisation de celle-ci et de ses impacts lorsque produite de façon insuffisante 2

3 Introduction Quelques statistiques (Québec) Fortin et al, 2003 Chaudières / vapeur Feu direct Déshumidification Proportion (%) * 88% des chaudières alimentées aux sous-produits de bois 3

4 Introduction Quelques statistiques (sondage canadien) Alexiadis et al, % Feu direct 12% Huile thermique SW: Softwoods (résineux) HW: Hardwoods (feuillus) SH: Softwoods and hardwoods (résineux et feuillus) 31% Vapeur 20% des répondants industriels du QC 4

5 Introduction 5 Quelques statistiques (Ateliers-Séchage CIFQ, 20 dernières années) Plus de 3 fois le nombre de présentations portant sur la vapeur et sujets connexes vs autres types de systèmes énergétiques - Raisons potentielles hypothétiques: Systèmes populaires au Québec Complexité d opération» Combustion / combustible / efficacité» Réseau (purgeurs)» Traitement de l eau» Entretien, etc.

6 Contexte - vapeur au QC Populaire Coût de combustible très faible (sous-produits de bois) Situation de sous capacité fréquente surtout en hiver Besoins thermiques autre que séchage Coût investissement et classes de surveillance limitant décisions de bonification énergétique Type installation Puissance max. surveillance périodique (BHP)* Chaudière haute pression Tube fumée 612 Tube eau 917 Chaudière basse pression Tube fumée Tube eau * Supérieur à ces valeurs demande surveillance interrompue 6

7 La vapeur les principaux avantages Plage de températures d opération (fct de la pression d utilisation) Si combustible = biomasse faible coût énergétique d opération source d énergie verte (environnement) Génération de vapeur pour humidifier au besoin Bois d apparence et de spécialité (feuillus et résineux) - Bémol lors du séchage à basse température 7

8 La vapeur coûts à considérer Coût d investissement élevé (chaudière 600 BHP, coût ~ 1 à 2 Millions $) Traitement de l eau Produits chimiques (~ 16 K$/an)* Sel pour l adoucisseur (~ 7 K$/an)* Entretien Nettoyage - Annuel «shut-down» (service ~ 3 K$/an)* + main d œuvre - Périodique lorsque nécessaire Réparations Main d œuvre Qualifiée, dédiée à la surveillance et à l entretien (durée surveillance et classe MMF varient en fct de la puissance et type de chaudière) * Usine typique de 680 Mpmp de capacité de séchage 8

9 La vapeur ses côtés plus sombres Pertes de qualité (variation TH) lors de mauvais fonctionnement du système Thibault, F. (2008) Conclusion de l étude: Pour 15 à 20 F d écarts de température: 1,5% de différence de teneur en humidité moyenne 9

10 La vapeur ses côtés plus sombres Pertes de productivité Périodes d entretien Augmentation anormale de temps de séchage en hiver (sous capacité thermique) 10 Temps de montée en T de 12 heures et ce n est pas rare 21% du temps de cycle!

11 L hiver et l énergie - contexte Demande maximale / offre énergétique minimale: Le bois + humide + froid Pertes thermiques plus grandes Combustible plus humide (perte de rendement) Besoins thermiques autres sur le site (bassins de trempage, chauffage etc.) 11

12 Cas typique sous-capacité *Utilisation outil bilan énergétique UL Hypothèses: Nombre de séchoirs: 3 Capacité individuelle des séchoirs: 200 Mpmp Capacité de la bouilloire: 600 BHP (1 BHP/Mpmp) Essence: Épinette noire TH initiale - Hiver: 50% - Été: 45% 6 étapes au programme de séchage 12

13 Impact sous-capacité (simulation) 6 étapes au programme de séchage Étape Température sèche ( F) Température humide ( F) Montée T Étuvage Séchage Séchage Séchage Séchage

14 Impact sous-capacité (simulation) Scénario simulé sans limitation de puissance Étape Temps cumulé (h) Été TH (%) Temps cumulé (h) Hiver TH (%) Initial Montée T Étuvage (0,3%/h) (0,3%/h) Séchage (1,2%/h) (1,2%/h) Séchage (1,0%/h) (1,0%/h) Séchage (0,7%/h) (0,7%/h) Séchage (0,5%/h) (0,5%/h) 14

15 Impact sous-capacité (simulation) Besoins en puissance par étape (pour 1 séchoir) Étape Puissance(BHP) Été Hiver Montée T Étuvage Séchage Séchage Séchage Séchage Puissance moyenne suffisante Puissance instantanée parfois insuffisante Puissance hiver Montée T >> été Hiver = + pertes thermiques ( T + grand) MOYENNE

16 Impact sous-capacité (simulation) Scénario 1 Puissance suffisante été comme hiver Puissance instantannée (BHP) Séchoir #1 - Montée T Séchoir #2 - Séchage 2 Séchoir #3 - Séchage 4 0 Été Hiver 16

17 Impact sous-capacité (simulation) Scénario 2 Puissance insuffisante en hiver Puissance instantannée (BHP) Impact: + 3 heures séchoirs 1 et 2 Séchoir #1 - Montée T Séchoir #2 - Montée T Séchoir #3 - Séchage 4 0 Été Hiver 17

18 Impact sous-capacité (simulation) Scénario 3 Puissance insuffisante été comme hiver Puissance instantannée (BHP) Impact: + 5,5 heures séchoirs 1 et 2 Séchoir #1 - Montée T Séchoir #2 - Montée T Séchoir #3 - Séchage 1 0 Été Hiver 18

19 Impact de l augmentation anormale du temps de séchage en hiver Productivité globale affectée Temps de séchage Impact Changements de produits plus fréquents Fermeture temporaire 19

20 Impact sous-capacité Situation industrielle Caractéristiques de deux sites étudiés Produits Forestiers Résolu Essence: épinette noire Même région géographique Chaudière résidus Même contrôleur 20

21 Impact sous-capacité Situation industrielle Temps de séchage (heures) Site 1 (Puissance 1,3 à 1,5 BHP/Mpmp) + 8 heures hiver vs été

22 Impact sous-capacité Situation industrielle Moy. + 8 heures Temps de séchage (heures) Différence Site 2 (Puissance 0,75 BHP/Mpmp) Site 1 (Puissance 1,3 à 1,5 BHP/Mpmp) + 16 heures hiver vs été

23 Situation industrielle Impact (capacité de séchage) Capacité de séchage (Mpmp) Temps de séchage en hiver (hres) Capacité insuffisante Capacité suffisante 1000 (4 séchoirs de 250 Mpmp) Temps d opérations (hres) 4700 Volume séché (Mpmp) Impact en capacité de Mpmp/an Pertes de revenus de 491 K$ considérant: Contexte sous-capacité Valeur ajoutée de 50$/Mpmp pour bois sec 23

24 Solutions court terme (hiver) Récupération de chaleur - évents Bois préséché à l air Solutions alternatives de chauffage pour besoins ǂ séchage Source de chaleur complémentaire (séchage hybride) Gestion du combustible (rendement) 24

25 Alternatives à considérer + long terme Coûts d opération relativement similaires Systèmes feu direct - sous-produits (résidus) Système à l huile thermique - sous-produits (résidus)* Autres systèmes pouvant être discutés avec vos fournisseursmanufacturiers *Surveillance: chaudière à l huile thermique Type installation Puissance max. surveillance périodique (BHP) Chaudière liquide thermique Toutes les classes de MMF peuvent assurer la surveillance 25

26 Conclusions Les besoins énergétiques varient considérablement en fonction des saisons L augmentation du temps de séchage en hiver devrait presqu uniquement être attribuable à la teneur en humidité initiale du bois plus élevée Les augmentations anormales de temps de séchage observés dans plusieurs usines en hiver au Québec sont causées par un manque de puissance thermique des chaudières 26

27 Conclusions L utilisation de la vapeur au séchage qui comporte ses avantages peut également provoquer des coûts cachés en qualité et en productivité (lorsque produite de façon insuffisante) D un point de vue procédé, la performance du séchage ne devrait pas dépendre du système énergétique. Le système énergétique devrait toujours être au service du procédé 27

28 Références bibliographiques Alexiadis et al, Canadian kiln drying survey: Benchmarks of problems and issues and a comparison to Europe. Journal of the Institute of Wood Science. 17(4) : Fortin, Y., M. Savard et M. Amazouz Programme de réduction de la consommation énergétique des séchoirs industrie du bois phase I : portrait global du parc de séchoirs du bois de sciage au Québec. Fortin, Y. Outil de calcul bilan énergétique. Université Laval. Règlement et loi sur les mécaniciens de machines fixes. Gouvernement du Québec. Thibault, F Impact des variations de températures dans les séchoirs. Ateliers-Conférences sur le séchage du bois du CIFQ. 28

29 Remerciements François Chabot, Bois Daaquam Jean-François Martel, Produits Forestiers Résolu Marc Savard, FPInnovations 29

30 Merci Pour plus d informations, contactez Vincent Lavoie, Suivez-nous