Optimisation de la production de vapeur par l'utilisation de chaudières à tube de fumées chez Kraft foods Namur

En 2008, Kraft Foods a décidé de remplacer sa chaudière fuel lourd par une chaudière moderne et performante fonctionnant au gaz naturel équipée des derniers perfectionnements technologiques existant sur le marché comme régulation d'O2 dans les fumées, brûleur modulant à variation de fréquence, économiseur thermique sur les fumées.

Ce projet permettait la production de vapeur moyen d'une chaudière vapeur en lieu et place d'un générateur vapeur avec une chaudière fuel lourd en backup.

L'entreprise a été confiée à la société BBC représentant LOOS pour la Belgique comme un projet clé en main suivant un cahier des charges strict et après une comparaison avec 4 concurrents sur le marché belge et européen.

Les différents types de chaudières vapeur

Les générateurs à vapeur instantanés

Dans ces chaudières appelées aussi générateurs de vapeur, l'eau est poussée via une pompe d'alimentation et circule dans des tubes enroulés (serpentins) dans un corps de chauffe. Le volume d'eau est ainsi relativement faible et il n'y a pas de zone de stockage de la vapeur. Le mélange eau/vapeur en sortie du serpentin est envoyé dans un séparateur pour avoir en sortie de la vapeur sèche.

Application de ces chaudières

Pour des pressions de travail « habituelles » (jusque 20 barg), des débits de l'ordre de 1,5 t/h jusque 10 t/h. Pour des capacités plus élevées, on peut mettre plusieurs générateurs en cascade.

Caractéristiques

• Rendement bon, mais généralement plus faible que les chaudières à tube de fumées étant donné qu'il y a toujours une perte due à la circulation nécessaire vers le séparateur, et donc de l'eau excédentaire vers la bâche à condensats (dont une partie est alors revaporisée vers l'atmosphère) ;

• Production de vapeur sèche en sortie du séparateur mais cette qualité et la pression de la vapeur est tout de même relativement instable ;

• encombrement limité ;

• mise en route rapide et très bonne adaptation au changement de régime étant donné le faible volume d'eau ; ce qui fait que ce type de chaudière est généralement utilisé dans les process par batch et/ou caractérisé par de brusques variations de pression ;

• durée de vie plus limitée étant donné son fonctionnement plus instable (marche/arrêts fréquents etc?) et, par conséquent, la sollicitation des éléments de contrôle et de régulation.

• consommation électrique plus élevée. La contre pression côté eau plus élevée demande un moteur pompe plus puissant.

Les chaudières à tubes de fumées

C'est la technique la plus classique de production de vapeur saturée. Dans ces chaudières, les fumées de combustion sont collectées dans le tube foyer puis circulent dans les tubes « de fumées » positionnés horizontalement. L'énergie de ces fumées est transférée à l'importante masse d'eau contenue dans l'enveloppe cylindrique de la chaudière. Les chaudières à 3 passes (nombre de passes dans lesquelles, à partir du foyer de la chaudière, les fumées sont véhiculées vers l'extérieur) sont les plus utilisées de nos jours car le rendement est maximum. La pompe d'eau d'alimentation de la chaudière permet de maintenir un niveau d'eau stable dans la chaudière.

Application de ces chaudières

Pour des basses et moyennes pressions (jusque 26 barg), des débits de l'ordre de 350 kg/hr jusque 40 t/h (à partir de 25 tonnes/heure on applique des chaudières à double foyer avec 2 brûleurs.

Caractéristiques

• Très bon rendement : même plus de 95% avec économiseur ;

• Production de vapeur sèche (entre 98,5 et 99,5 %)

• encombrement plus important qu'un générateur (et donc plus onéreuse)

• mise en route à partir d'une situation froide relativement longue, mais si on utilise le mode « stand-by » (avec réduction de pression), la mise en route est assez rapide qu'un générateur.

• Très bonne adaptation au changement de régime à cause d'une inertie importante (grand volume d'eau)

• longue durée de vie grâce au fait du fonctionnement stable.

Les chaudières à tubes d'eau

Ici, c'est à nouveau l'eau qui circule à l'intérieur des tubes et la source de chaleur qui est à l'extérieur de ceux-ci. Ce type de chaudière possède en fait 2 réservoirs appelés ballon distributeur (en partie inférieure) et ballon collecteur ou vaporisateur (en partie supérieure), reliés par un faisceau de tubes où circule l'eau et où se fait la vaporisation de celle-ci. Le ballon supérieur stocke ainsi la vapeur produite.

Application de ces chaudières

Pour des pressions importantes (de 90 à 65 barg), des débits importants (de 50 à 200 t/h)

Caractéristiques

• Encombrement important (et donc plus onéreuse), mise en route rapide, bonne adaptation au changement de régime, longue durée de vie

Fiche technique

Données Techniques

1 chaudière vapeur à tube de fumées de 8 t/h produisant de la vapeur saturée 12 barg

Production annuelle : 29000 tonnes de vapeur/an

Rendement de combustion: 95 %

Données Economiques

Coût de l'installation : 330000 €

Données Environnementales

Gain en CO2 : 4930 tonnes en 2011

Contacts des projets

Chez Kraft : Jean Simon jean.simon@mdlz.com

« Le saviez-vous ? »

Une modification récente de la réglementation allège le contrôle des chaudières à tubes de fumées, ne nécessitant plus de présence permanente qu'en cas de non respect de certaines conditions. En effet, la nouvelle norme Européenne EN 12953 permet une exploitation d'une nouvelle installation à vapeur pendant 24 hr ou 72 hr sans permanence humaine. La norme EN 12953 remplace les anciennes normes Belges NBN I01-002 qui exigeaient une présence en chaufferie chaque 8 heures.