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Introduction à la Chaudière QuicksteamJustification économique

Générateur de vapeur à récupération de chaleur

Une usine pétrochimique a des unités de production générant de la chaleur. Ces unités possèdent souvent un générateur de vapeur qui permet de récupérer l'énergie produite. Cette production de vapeur additionnelle permet de réduire la consommation de carburant fossile à la centrale thermique. Cependant, cette dernière devra produire toute la vapeur que la chaudière de récupération ne pourra plus produire lorsqu'elle tombera en arrêt d'urgence. Pour y arriver, un nombre suffisant de chaudières auxiliaires devront être prêtes à suppléer au déficit de vapeur et éviter une baisse de pression dans les collecteurs.

Conditions d'opération

  • Production de la Chaudière de récupération : 120 kpph;
  • Chaudière A: 20 kpph (20% de 100 kpph MCR);
  • Chaudière B: 20 kpph (20% de 100 kpph MCR);
  • Vapeur perdue aux évents : jusqu'à 40 kpph (2 880 000 $/année).

Cogénération

Il faut maximiser la quantité de vapeur produite par les unités de cogénération, d'une part, parce qu'elle est beaucoup plus économique et, d'autre part, parce qu'elle ajoute à la puissance totale de l'usine. Toutefois, un nombre suffisant de chaudières auxiliaires doivent être prêtes à prendre le relai de l'unité de cogénération pour remplacer sa production lorsque cette dernière tombe en arrêt d'urgence.

Pour une unité de cogénération, cela signifie que :

  • Les bouilloires auxiliaires « volent » une partie de la puissance électrique des turbines afin de remplir leur rôle de producteurs de vapeur remplaçants, ce qui réduit la rentabilité de l'usine;
  • Un nombre suffisant de chaudières doivent être prêtes à produire la vapeur nécessaire pour s'assurer qu'il n'y ait pas d'arrêt de production lors d'une augmentation de consommation en vapeur (plus de chaudières implique un investissement plus important).

Tel que présenté à la Figure A, la chaudière QuickSteam Enero joint deux technologies :

  1. Un accumulateur d'énergie : un réservoir contenant de l'eau en équilibre liquide-vapeur sous une pression supérieure à celles des collecteurs de vapeur. Lorsque le réseau se trouve en déficit, la chaudière est alors raccordée au réseau, ce qui provoque une vaporisation instantanée par détente de la vapeur. Ainsi, comme un autocuiseur (cocotte-minute) dont le bouchon est retiré, la chaudière produit de la vapeur lorsque sa vanne de sortie est ouverte. Or, la quantité de vapeur pouvant être produite est limitée par :
    • La pression des collecteurs (plus cette pression est faible, plus de vapeur peut être produite);
    • La pression de l'accumulateur d'énergie (plus cette pression est élevée, plus de vapeur peut être produite);
    • La quantité d'eau contenue dans l'accumulateur d'énergie (plus cette quantité est élevée, plus de vapeur peut être produite).

  2. Une série de générateurs de vapeur compacts : des échangeurs thermiques à serpentin peuvent transférer rapidement une grande quantité d'énergie à l'accumulateur sans l'endommager. Ces échangeurs utilisent un serpentin d'eau minimisant la tension mécanique provoquée par le chauffage de la bouilloire. Ainsi, 5 minutes sont nécessaires pour amener à plein régime une bouilloire utilisant des échangeurs à serpentin alors que cela prend 20 minutes pour y parvenir avec une chaudière à tubes. Les chaudières utilisant des échangeurs thermiques à serpentin sont fréquemment utilisées dans les hôpitaux, mais plus rarement en industrie parce que les échangeurs thermiques à serpentin sont petits (environ 20 kpph) et parce qu'il n'est pas économique de les utiliser pour des demandes supérieures à 60 kpph.


Description de la chaudière QuickSteam Enero

La chaudière QuickSteam Enero est un nouveau type de chaudière à haute efficacité pouvant atteindre sa capacité maximale 30 secondes après un démarrage à froid. Elle est donc capable de répondre à des demandes de vapeur rapides, importantes et imprédictibles. Ainsi, elle ajoute de la flexibilité à un réseau de vapeur, ce qui permet d'en réduire les coûts en énergie.

La chaudière QuickSteam Enero est un producteur de vapeur utilisant du carburant fossile afin de soutenir les unités de cogénération et les unités de récupération de chaleur. Ce type de chaudière peut réagir très rapidement en cas d'urgence tout en gardant sa consommation d'énergie fossile très faible lorsqu'elle n'est pas en marche.  


Caractéristiques de la chaudière QuickSteam Enero :

  • La chaudière QuickSteam Enero accumule la quantité d'énergie nécessaire pour produire le maximum de sa capacité 30 secondes après son démarrage;
  • Dès le maximum de sa capacité atteinte, la chaudière QuickSteam Enero peut :
    • Diminuer graduellement sa production et éteindre ses brûleurs (contrôle de génération de pointe);
    • Moduler sa production en cascade selon la demande du contrôleur maître de l'usine (contrôle de génération auxiliaire);
    • Réduire les variations de pression lors de perturbations importantes (contrôle en régime transitoire);
  • La chaudière QuickSteam Enero réagit rapidement aux changements de charge de manière à minimiser les perturbations de pression dans les collecteurs de vapeur.

 

 

 

Figure A: Schéma de la chaudière Enero QuickSteam