SOMMAIRE. REVILLON CHOCOLATIER Le Coteau (42) Analyse comparative production Chaufferie Vapeur

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1 SOMMAIRE IINSSTALLATIIONSS ACTUELLESS PERFORMANCESS ACTUELLESS Ennrreeggi iisst trreemeennt tss Reennddeemeennt tss eet t vvaal lleeuurrss ccaarraacct téérri iisst ti iiqquueess ANALYSSE CRIITIIQUE ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 1/20

2 1.. INSTALLATIONS ACTUELLES REVILLON CHOCOLATIER a confié à ENERGYPRO la réalisation d une analyse comparative des performances des équipements de production de vapeur de son site de Le Coteau (42). Présentation du contexte : Jusqu en 2011, le site disposait pour sa production de vapeur d une unique chaudière fonctionnant au gaz naturel de marque BABCOCK WANSON, d une capacité nominale de 2,25 t/h. REVILLON CHOCOLATIER a mis en place courant 2011 une chaudière à vaporisation instantanée de marque CLAYTON, d une capacité nominale de 2,35 t/h. Les objectifs de la présente étude sont les suivants : - Identifier le rendement réel de la production de vapeur du site suite à la mise en place de la chaudière à vaporisation instantanée, - Identifier le rendement réel de la production de vapeur avant la mise en place de la nouvelle chaudière, - Mettre en évidence le gain éventuel en terme de rendement, par comparaison entre les modes de fonctionnement initial et actuel, - Déterminer le temps de retour sur investissement de l installation de production de vapeur par chaudière à vaporisation instantanée, - Analyser le fonctionnement réel de la chaufferie ainsi que les besoins réels de vapeur, et proposer le cas échéant des solutions d optimisation adaptées au contexte du site. ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 2/20

3 Equipements techniques : CHAUDIERE VAPEUR BABCOCK WANSON : La chaufferie centrale de production vapeur du site comportait initialement une unique chaudière à tubes de fumées de marque BABCOCK WANSON type STEAMBLOC 230 GM, d une capacité de production de vapeur de 2,25 t/h. Cette chaudière est alimentée en gaz naturel. Les principales caractéristiques de cette chaudière sont indiquées ci-dessous, à savoir : Marque : BABCOCK WANSON STEAMBLOC, Type/Numéro : STEAMBLOC 230 GM, Numéro de série : MF11/43941, Capacité de vaporisation : 2,25 t/h, Puissance nominale : kcal/h, soit kw, Année de construction : 1990, Surface de chauffe : 71,1 m 2, ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 3/20

4 Timbre : 12 bars, Température de service : 192 C, combustible : gaz naturel. Cette chaudière est équipée d un brûleur dont les caractéristiques connues sont les suivantes : Marque : nc, Type : LN 2.2, Type combustible : gaz naturel, Puissance électrique ventilateur : 4 kwé. ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 4/20

5 CHAUDIERE CLAYTON : REVILLON CHOCOLATIER s est doté en 2011 d une chaudière de production de vapeur à vaporisation instantanée, fonctionnant au gaz naturel. Cette chaudière a été installée courant 2011 et est opérationnelle depuis novembre Les principales caractéristiques de cette chaudière sont indiquées ci-dessous, à savoir : Marque : CLAYTON, Type : EG , Numéro de série : 11/174, Capacité de vaporisation : 2,349 t/h, Puissance équipement sous pression : kw, ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 5/20

6 Année de construction : 2011, Volume : 556 litres, Surface de chauffe : 41,7 m 2, Température maximale admissible : 184 C, Pression maximale admissible : 10 bars, combustible : gaz naturel. Les principales caractéristiques du brûleur sont les suivantes : Année de construction : 2011, Puissance brûleur : 541 à 1623 kw, Débit gaz nominal : 176 Nm 3 /h, Puissance moteur ventilateur : 5,5 kw, Combustible : gaz naturel. ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 6/20

7 Depuis sa mise en service, la nouvelle chaudière à vaporisation instantanée est utilisée en base, l ancienne chaudière ayant été laissé en place pour assurer le secours éventuel de l installation (chaudière à l arrêt). La chaudière CLAYTON assure par conséquent l intégralité des besoins vapeur du site. La chaudière a fonctionné en continu depuis sa mise en service en novembre 2011, sans mise à l arrêt lors des week-ends lors des arrêts de production du site, afin de fournir les besoins en chauffage des différents bâtiments. Dans le mode de fonctionnement initial avec l ancienne chaudière, la production de vapeur était mise à l arrêt durant les week-ends, avec un simple maintien hors gel lors des week-ends les plus froids. L eau d alimentation des chaudières est issue d une bâche alimentaire atmosphérique. Cette eau alimentaire est constituée d un mélange de condensats et d un appoint d eau traitée. Le taux de retour condensats sur site est élevée (supérieur à 80%), mais la température de retour de ces condensats assez basse. La bâche dispose d un dispositif de réchauffage associé à la chaudière à vaporisation instantanée : Au redémarrage de la chaudière : injection de vapeur directe au sein de la bâche, jusqu à atteindre la température de consigne, En fonctionnement normal : réinjection dans la bâche d une partie de l eau surchauffée de la chaudière. Le mélange constitué par l eau d appoint et les retours de condensats alimente les chaudières à une température constatée d environ 99 C. Avant la mise en place de la chaudière à vaporisation instantanée, la bâche ne disposait pas de réchauffage et la température d eau alimentaire était par conséquent souvent inférieure à la température conseillée de 80 C (en particulier en début de semaine suite à l arrêt des installations le week-end). Les pompes alimentaires des chaudières sont les suivantes : Ancienne chaudière BABCOCK WANSON : Caractéristiques de la pompe ancienne chaudière Constructeur Type GRUNDFOS CR2-220 A-F-A-AUUE ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 7/20

8 Caractéristiques de la pompe ancienne chaudière Nombre de pompes 1 Débit nominal (m 3 /h) 2,5 H (m) 137,6 Puissance électrique (kwé) nc Vitesse de rotation (tours/min) Pression max (bars) 21 Température max ( C) 120 Liquide pompé Variation de vitesse Eau alimentaire Non ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 8/20

9 Nouvelle chaudière CLAYTON : Le circuit d alimentation en eau alimentaire de la nouvelle chaudière dispose de deux jeux de pompes : Une pompe de gavage, assurant une recirculation permanente d eau vers la bâche alimentaire, Une pompe alimentaire pour la chaudière, équipée d un variateur de vitesse. Caractéristiques de la pompe de gavage Constructeur Type GRUNDFOS TP /2 A-F-A-BUBE Nombre de pompes 1 Débit nominal (m 3 /h) 12,5 H (m) 10 Puissance électrique (kwé) 0,55 Vitesse de rotation (tours/min) Pression max (bars) 10 Température max ( C) 140 Liquide pompé Variation de vitesse Eau alimentaire Non Caractéristiques de la pompe alimentaire chaudière Constructeur CLAYTON Type UH Nombre de pompes 1 ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 9/20

10 REVILLON CHOCOLATIER Le Coteau (42) Caractéristiques de la pompe alimentaire chaudière Débit nominal (m3/h) 2,485 NPSH min (m) 4,5 Puissance électrique (kwé) 4,0 Vitesse de rotation (tours/min) 360 Pression max (bars) 35 Température max ( C) 130 Liquide pompé Variation de vitesse Pompe de gavage ENERGYPRO LILLE mars 2012 Eau alimentaire Oui Pompe alimentaire chaudière page 10/20

11 2.. PERFORMANCES ACTUELLES Enrregiissttrrementtss Plan de comptage : La chaufferie actuelle dispose d un système de comptage performant. Celui-ci permet de visualiser en temps réel le débit et la pression de vapeur produite en chaufferie. Le logiciel permet de visualiser des graphiques des différentes valeurs instrumentées. Les données sont enregistrées et totalement exploitables sous toute autre plateforme logicielle. Les grandeurs instrumentées sont les suivantes : débit de gaz naturel consommé, pression gaz naturel, débit vapeur en sortie de chaufferie, pression vapeur en sortie de chaufferie, volume d eau d appoint de la bâche alimentaire, température de l eau d appoint, débit d eau de retour condensats, température d eau de retour condensats, température de l eau d alimentation chaudière en sortie de bâche, température des fumées ancienne chaudière, température des fumées nouvelle chaudière, température ambiante chaufferie, compteur d impulsions nombre de purges nouvelle chaudière. ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 11/20

12 Analyse critique de la chaîne de mesure : Ce système de gestion dispose de nombreux point de mesure et permet d avoir toutes les informations pour une bonne gestion énergétique. Deux points perturbent néanmoins le calcul en temps réel du rendement de la chaufferie : Le débitmètre gaz naturel n est pas corrigé en pression et en température Le calcul du débit gaz normalisé s effectue en prenant comme référence des valeurs fixes de température et de pression (température de 20 C, pression de 300 mbar). Ce calcul peut être corrigé en tenant compte des valeurs réelles de pression et de température relevés par les appareils de mesure existants. Le débitmètre d eau de retour condensats semble défaillant Nous avons ainsi constaté un volume d eau de retour condensats largement supérieur à la quantité de vapeur correspondante, et par ailleurs les valeurs de comptage remontées par ce débitmètre ne sont pas cohérentes avec les valeurs de volume d eau d appoint. Nous conseillons de procéder au contrôle de ce débitmètre, et à son réétalonnage et/ou son remplacement si nécessaire. ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 12/20

13 Rendementtss ett valeurrss carracttérriissttiiquess Rendement moyen mensuel: Nous avons procédé à l exploitation des enregistrements sur la période février 2011 décembre Consommations gaz naturel : Nous avons exploité les relevés du compteur gaz naturel installé en chaufferie, après correction de la pression et de la température. En effet, il nous a été indiqué sur site que le compteur gaz avait été paramétré avec une pression fixe de 300 mbar et une température fixe de 20 C. Nous avons donc procédé à la correction des valeurs mesurées compte tenu de la pression et de la température réelles relevées. Gaz naturel Mois d enregistrement Nm 3 Février ,0 (1) Mars ,2 (1) Avril ,7 Mai ,4 Juin ,6 Juillet ,1 Août ,4 Septembre ,0 Octobre ,9 Novembre ,8 Décembre ,4 Débit moyen 21,2 Nm 3 /h ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 13/20

14 (1) : Les données de production vapeur collectées sur les mois de février et mars 2011 présentent des erreurs de mesures sur certaines journées, nous avons par conséquent supprimé l ensemble de ces jours dans les bilans mensuels. Compte tenu du PCI moyen du gaz naturel pour chaque mois, on obtient les consommations de gaz naturel suivantes : Gaz naturel Mois d enregistrement PCI gaz (kwh/nm 3 ) MWh PCI Février ,48 23,0 (1) Mars ,44 88,0 (1) Avril ,26 113,2 Mai ,37 109,3 Juin ,44 96,0 Juillet ,31 103,9 Août ,38 106,0 Septembre ,45 145,3 Octobre ,50 179,4 Novembre ,30 200,5 Décembre ,30 283,4 Puissance moyenne gaz 219,4 kw PCI (1) : Les données de production vapeur collectées sur les mois de février et mars 2011 présentent des erreurs de mesures sur certaines journées, nous avons par conséquent supprimé l ensemble de ces jours dans les bilans mensuels. ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 14/20

15 Production vapeur : Nous avons exploité les relevés du débitmètre vapeur installée en chaufferie. Vapeur Mois d enregistrement kg Février (1) Mars (1) Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre Débit moyen vapeur 273 kg/h (1) : Les données de production vapeur collectées sur les mois de février et mars 2011 présentent des erreurs de mesures sur certaines journées, nous avons par conséquent supprimé l ensemble de ces jours dans les bilans mensuels. ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 15/20

16 Ce qui nous donne les taux de charge suivants : Mois d enregistrement Rendement Février 2011 Non significatif (1) Mars 2011 Non significatif (1) Avril ,6 % Mai ,5 % Juin ,0 % Juillet ,6 % Août ,3 % Septembre ,1 % Octobre ,1 % Novembre ,9 % Décembre ,7 % (1) : Les données de production vapeur collectées sur les mois de février et mars 2011 présentent des erreurs de mesures sur certaines journées, nous avons par conséquent supprimé l ensemble de ces jours dans les bilans mensuels. En considérant l enthalpie de la vapeur produite, nous obtenons les quantités d énergie délivrées suivantes : Vapeur Mois d enregistrement kwhth Février ,5 (1) Mars ,1 (1) ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 16/20

17 Avril ,5 Mai ,1 Juin ,4 Juillet ,8 Août ,3 Septembre ,9 Octobre ,9 Novembre ,8 Décembre ,7 Débit moyen vapeur 182,3 kw (1) : Les données de production vapeur collectées sur les mois de février et mars 2011 présentent des erreurs de mesures sur certaines journées, nous avons par conséquent supprimé l ensemble de ces jours dans les bilans mensuels. ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 17/20

18 Rendement : Sur la base des quantités d énergie consommée et produite en chaufferie, nous avons déterminé les rendements mensuels suivants : Rendement Mois d enregistrement Valeur Février ,6 % Mars ,2 % Avril ,5 % Mai ,5 % Juin ,1 % Juillet ,1 % Août ,9 % Septembre ,0 % Octobre ,5 % Novembre ,4 % Décembre 2011 Erreur de comptage D où les rendements moyens selon la chaudière utilisée pour la production de vapeur : Rendement moyen Chaudière BABCOCK 69,4 % Chaudière à vaporisation instantanée CLAYTON 86,5 % ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 18/20

19 Calcul du gain énergétique suite à la mise en place de la nouvelle chaudière à vaporisation instantanée : Pour le calcul du gain énergétique annuel, nous avons pris en considération l évolution du mode de fonctionnement de la production de vapeur. En effet, depuis la mise en service de la chaudière à vaporisation instantanée, la production de vapeur s effectue 7 jours sur 7 afin d assurer le chauffage et la déshumidification des locaux, alors qu auparavant la chaudière vapeur était mise à l arrêt lors des week-ends (fonctionnement 5 jours sur 7). Nous avons par conséquent extrapolé la production de vapeur, afin de tenir compte de cette évolution. La production extrapolée annuelle de vapeur s élève ainsi à 2 611,9 tonnes, soit une production moyenne de 298 kg/h. Compte tenu du gain en rendement obtenu avec la nouvelle chaudière à vaporisation instantanée, et en considérant la production annuelle extrapolée de vapeur de 2 611,9 tonnes, nous obtenons les résultats suivants : Comparatif énergétique annuel Consommation gaz Coût Chaudière BABCOCK MWh PCS H.T. Chaudière à vaporisation instantanée CLAYTON MWh PCS H.T. Hypothèse : nous avons considéré le dernier coût gaz naturel connu de 28,9 H.T. /MWh (janvier 2012). PCS Le gain annuel potentiel peut donc être estimé à H.T. par an. ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 19/20

20 3.. ANALYSE CRITIQUE Suite à nos visites sur site, et à l analyse des différentes conditions d utilisation et des équipements, nous mettons en évidence les points suivants : Points forts : La chaudière à vaporisation instantanée CLAYTON fonctionne correctement, elle dispose d un dispositif de récupération d énergie sur les fumées (température de fumées basse, de l ordre de 120 C), La majeure partie des condensats sont récupérés et renvoyés en chaufferie au niveau de la bâche alimentaire, Le taux de purge de la chaudière est très faible (constatation effectuée par l intermédiaire du compteur de nombre de purge) : cela s explique notamment par le taux de retour de condensats élevé, La bâche alimentaire est en bon état et a été récemment calorifugée, Le variateur de vitesse équipant la pompe alimentaire de la chaudière CLAYTON permet d adapter le débit d eau envoyé à la chaudière en fonction des besoins de vapeur, Points faibles : La pompe alimentaire de la chaudière CLAYTON est montée sur socle mais ne dispose pas à priori de dispositif anti-vibratile ; nous avons constaté lors de nos visites de fortes vibrations qui se répercutent au niveau des tuyauteries d eau alimentaire et de la chaudière elle-même, risquant à terme d endommager l installation, Contrairement à la bâche, les tuyauteries d eau alimentaire de la chaudière ne sont pas calorifugées, L évent de la bâche alimentaire est situé à proximité du bâtiment voisin, risquant à terme d endommager le bardage du bâtiment ooooooo----- Fait à Lille, le 27 mars 2012 ENERGYPRO Cornel JIVAN Ingénieur Conseil ENERGYPRO LILLE mars 2012 page 20/20

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