Volume 24, number 1, février 2010

Mitchel-Lincoln optimise l’efficacité de ses chaudières grâce à la micromodulation

Emballages Mitchel-Lincoln (ML), un leader dans la production de carton ondulé possède plusieurs usines au Québec. Cette entreprise fabrique des cartons sur mesure pour l’assemblage de boîtes ou de présentoirs. Son usine à Ville Saint-Laurent utilise de la vapeur produite à l’aide du gaz naturel pour les opérations d’onduleuse à carton. Désirant améliorer ses coûts de production et réduire sa consommation d’énergie, ML a décidé au printemps 2009 d’évaluer les moyens possibles pour optimiser la performance énergétique de ses chaudières à vapeur. Pour ce faire, l’entreprise a choisi de retenir les services de Deval Combustion pour son expertise de pointe dans l’évaluation et l’optimisation des procédés industriels.

Dans un premier temps, Deval Combustion désirait obtenir un bilan concret de la performance opérationnelle des chaudières selon les conditions d’opération en place à l’usine de Ville Saint-Laurent. Deval Combustion a donc entrepris son projet par une étude énergétique des chaudières à vapeur. Afin d’établir un bilan énergétique et d’évaluer la performance de la chaudière, ils ont procédé au mesurage (en continu) des paramètres d’opération de la chaudière, c’est-à-dire les fumées de la cheminée, les purges, le gaz naturel et la vapeur produite.

En fonction des résultats de l’audit, trois mesures ont été clairement identifiées : le contrôle de purges (continues), le contrôle de la tire des cheminées et l’optimisation du mélange air-gaz pour toute la plage d’opération par micromodulation.

Mais qu’est-ce que la micro-modulation?

La micromodulation est une technique de grande qualité qui vise à améliorer l’efficacité opérationnelle des technologies industrielles telles que les chaudières à vapeur. Pour obtenir de meilleurs résultats, il est recommandé de réaliser un audit des chaudières avant la mise en place de cette mesure d’économie d’énergie. Cette étude d’efficacité aura pour but de s’assurer des économies qui seront réalisées une fois les travaux complétés. Les applications typiques visées par cette technique de contrôle sont les procédés industriels, et tout particulièrement les chaudières à vapeur de type industriel.

En effet, les chaudières à vapeur de grande capacité sont très souvent utilisées en milieu industriel pour répondre aux besoins thermiques des procédés de fabrication tels que les calandres ou les séchoirs, qui requièrent des apports thermiques importants et instantanés. Il est donc fréquent de constater que les brûleurs de ces équipements peinent à maintenir un mélange air-gaz optimal, du moins pour certains régimes d’opération.

L’exemple le plus souvent observé est une combustion parfaite à haut régime alors qu’à faible régime, le mélange air-gaz n’est plus adéquat. Il en résulte un appauvrissement du mélange lors de la combustion et un fléchissement du rendement énergétique. Les nombreux cycles de démarrage et arrêt de production sont des conditions propices aux pertes d’efficacité à répétition.

De telles conditions peuvent être gran-dement améliorées grâce à la micromo-dulation. L’utilisation de contrôles et de servo-moteurs électroniques permet de conserver une combustion optimale quel que soit le régime demandé au brûleur. Il en résulte une meilleure combustion, un gain d’efficacité et des économies d’énergie.

Contexte de production à l’usine d’ML de Ville Saint-Laurent

L’onduleuse à carton de l’usine nécessite de grandes quantités de vapeur haute pression. Celle-ci est produite à l’aide de deux chaudières d’une puissance de 500 BHP, alimentées au gaz naturel. Le système d’évacuation ne comprend aucun système de récupération d’énergie. Les efficacités de combustion mesurée étaient au départ de 71 % à 75 % selon le régime d’opération. La température des gaz d’échappement variait de 430 °F à 630 °F (221 °C à 332 °C).

Le procédé de fabrication du carton ondulé étant sujet à de fréquents démarrages, les chaudières doivent s’adapter continuellement aux caprices de la machine.

Données techniques
Chaudières 2 x 500 BHP (une seule des chaudières sert à la production, l’autre servant de redondance)
Température de l’eau d’alimentation 328 °F
Température de l’eau des purges 392 °F
Vapeur 200 Psig

Analyse des résultats

L’étude réalisée par Deval Combustion a permis de mettre en évidence deux mesures d’économie nécessaires à l’optimisation des chaudières d’ML : la réduction et le contrôle des purges ainsi que l’amélioration de l’efficacité des brûleurs par micromodulation. Voir à ce sujet les tableaux 1 et 2. De plus, les courbes présentées au graphique 1 démontrent clairement le gain en rendement à différents régimes avant et après l’implantation de la micromodulation.

Amélioration – Optimisation des purges

Tableau 1 – Bilan de l’optimisation des purges et de leurs coûts

Économies annuelles
MMBtu/an GJ/an m3/an $/an
1 831 1 932 50 986 26 255
Investissements Aides financières PRI
GM OEÉ
11 000 $ 0 0 0,42

Tableau 2 – Bilan avec micromodulation

Économies annuelles
MMBtu/an GJ/an m3/an $/an
1 971 2 080 54 889 28 266
Investissements Aides financières PRI
GM OEÉ Sans aides Avec aides
65 000 $ 13 722 $ 2 528 $ 2,3 1,72

Conclusion

L’analyse énergétique et le mesurage réalisés par la firme ont finalement été une étape précieuse et cruciale pour ce projet. L’approche professionnelle a permis de mettre en évidence les économies d’énergie et l’amélioration de la performance énergétique des chaudières. L’implantation de la micro modulation a permis de réaliser des économies de gaz naturel estimées à 54 889 m3/année avec une période de rendement des investissements (PRI) de 2,3 ans sans aide financière. L’étude d’efficacité réalisée par Deval a bénéficié d’une aide financière provenant des Programmes d’efficacité énergétique (PEÉ) de Gaz Métro, et la réalisation a profité du volet Encou-ragement à l’implantation de mesures.

Enfin, mentionnons que le coût d’implantation, qui s’élevait à 65 000 $, comprenait les frais requis pour une nouvelle certification des chaudières. Le coût pour l’obtention d’une nouvelle certification varie en fonction du projet et de l’équipement. Il est recommandé d’inclure ces frais dans le coût du projet afin de refléter adéquatement sa rentabilité.

Roger Gauvin, ing.
Groupe DATECH