En effet, on peut atteindre 10% de gain énergétique sur la seule production de vapeur (source: Ademe).
Les incontournables au rendement optimal sont:
- puissance de production adaptée aux besoins ;
- transfert de chaleur efficace ;
- qualité de vapeur élevée (vapeur saturée en énergie) ;
- pureté de vapeur (faible concentration des contaminants) ;
- stabilité d'opération des chaudières.
Cet article traitera du rôle central du traitement d'eau sur la performance d'une chaudière à vapeur.
Les applications de la vapeur
La vapeur d'eau est utilisée dans un grand nombre d'industries. Voici une liste d'applications courantes de la vapeur dans divers secteurs industriels:
- Chauffage/stérilisation: utilisé le plus souvent dans les usines de transformation des aliments, les raffineries, les usines de produits chimiques...
- Propulsion/entraînement: utilisé dans les centrales thermiques, pour la propulsion avec des compresseurs à turbines ou des turbopompes (tours de refroidissement);
- Agent moteur: utilisé dans la propulsion de liquide ou de gaz à travers une conduite;
- Atomisation: procédé où la vapeur d'eau sépare un fluide mécaniquement;
- Nettoyage: la vapeur peut être utilisée pour le nettoyage d'une grande variété de surfaces. Son utilisation dans les souffleurs de suie est un exemple de ce rôle;
- Hydratation: la vapeur peut être utilisée pour transférer de la chaleur tout en hydratant un produit;
- Humidification: dans les régions à climat froid, on utilise souvent de la vapeur saturée à pression basse comme source de chaleur pour les systèmes de chauffage de bâtiments commerciaux et industriels.
Principe de fonctionnement d'une chaudière de production de vapeur
Une chaudière à vapeur est un vase fermé qui sert à produire de la vapeur à une pression supérieure à la pression atmosphérique. le confinement de la vapeur fait monter la pression et dans la température d'ébullition. La quantité d'énergie contenue dans la vapeur produite augmente également. Les chaudières se distinguent soit par leur forme, soit par le type d'équipement de chauffe ou le combustible. Nous allons plus nous concentrer sur les chaudières à combustible qui sont les plus couramment utilisées.
Ce type de chaudière se compose de deux compartiments distincts:
- l'un dans lequel brûle le combustible: le foyer;
- l'autre dans le quel l'eau est chauffée.
On distingue ainsi 2 types de chaudière à combustible en fonction de la circulation de l'eau à chauffer par rapport à la chaleur de combustion:
- Les chaudières à tube de fumée: ce type de chaudière fournit un débit de vapeur saturée de 1 à 25 tonnes/heure, en basse et moyenne pression (jusqu'à 25 bar). Le combustible utilisé est soit du gaz soit du fioul.
- Les chaudières à tube d'eau: ce type de chaudière fournit un débit de vapeur saturée supérieur à 20 tonnes/heure, en moyenne et haute pression (jusqu'à 300 bar). Le combustible utilisé est soit du gaz, du fioul, du charbon ou déchets.
L'importance du traitement de l'eau sur une chaudière de production de vapeur
Le traitement performant de l'eau d'alimentation d'une chaudière est soit un traitement par osmose inverse, soit une déminéralisation sur résines échangeuses d'ions.
Les différents procédés
L'osmose inverse
L'osmose inverse utilise un système de membranes à travers lesquelles passe l'eau (perméat) en agissant comme un filtre très fin qui élimine l'essentiel des contaminants et les retient dans le concetrat.
Ce procédé est utilisé pour la déminéralisation des eaux de process industrielles, à destination des circuits de refroidissement, des chaudières ou de la fabrication. Il ne nécessite pas le recours à des produits chimiques.
Avantages:
L'osmose inverse présente un très grand avantage compétitif, comparé aux installations d'adoucissement classiques.
- Gain important de maintenance ;
- économie des purges d'eau ;
- diminution des rejets de chlorure ;
- suppression du stockage de produits chimiques ;
- gain énergétique.
Déminéralisation sur résines échangeuses d'ions
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Les résines échangeuses d'ions sont utilisées depuis 60 ans pour l'adoucissement et la déminéralisation de l'eau destinée à alimenter les chaudières de production de vapeur ou certains procédés chimiques.
L'échange d'ions est une technique qui consiste à remplacer dans une solution, des ions indésirables ou valorisables par d'autres en quantité équivalente.
La déminéralisation de l'eau est un procédé durant lequel tous les ions minéraux présents dans l'eau peuvent être éliminés et remplacés par des ions hydrogène (H+) et des ions hydroxyl (OH-).
Avantages:
- Obtention d'une faible conductivité et d'une qualité d'eau constante pendant toute la durée du cycle ;
- Réduction de la consommation de réactifs ;
- Encombrement réduits ;
- volume d'eau de service et d'effluents rejetés est considérablement réduit.
Les Certificats d'Economies d'Energie encouragent l'installation de systèmes de traitement d'eau
Si la réduction de la consommation d'énergie constitue bien sûr l'objectif principal, l'aide financière obtenue dans le cadre des CEE est également l'occasion de gagner en productivité tout en modernisant l'outil de production.
La fiche à utiliser pour le traitement d'eau performant sur une chaudière de production de vapeur est l'IND-UT-125.