La mise à niveau des brûleurs de Simplot réduit consommation d'énergie et coûts à l'usine d'Idaho

Dans un effort stratégique pour réduire la consommation d'énergie et les coûts d'exploitation, la J.R. Simplot Company a mis à niveau le système de vapeur à son usine de transformation de pommes de terre à Caldwell, Idaho. En tirant parti de l'outil d'évaluation des systèmes de vapeur (SSAT) développé par le DOE et de l'expertise de Bill Moir, un Spécialiste Qualifié chez Steam Engineering Inc., le projet a livré des économies mesurables et une fiabilité accrue.

Contexte Entreprise/Usine

La J.R. Simplot Company, une puissance de l'agroalimentaire basée à Boise avec des ventes annuelles d'environ 3 milliards de dollars et une main-d'œuvre de plus de 12 000 personnes à travers les États-Unis, Canada, Chine, Mexique et Australie, opère un large portefeuille incluant production alimentaire, engrais, produits gazon et horticoles, engraissement bovin, et plus. Le programme d'efficacité énergétique de Simplot se concentre sur la formation des employés et l'amélioration continue. Les directeurs David Hawk (Énergie & Ressources Naturelles) et Alan Christie (Responsable Ingénierie Groupe Alimentaire) collaborent avec le DOE, le Programme Énergie de Washington State University, et la Division Énergie du Département des Ressources en Eau d'Idaho pour démontrer les gains tangibles de productivité et financiers d'une efficacité énergétique industrielle améliorée.

L'installation de Caldwell est l'une des plus grandes de Simplot, produisant environ 270 millions de livres de frites surgelées annuellement. Elle abrite trois chaudières à tubes d'eau alimentées au gaz naturel — deux de 70 000 lb/h et une de 60 000 lb/h — générant de la vapeur saturée à 275 psig. La vapeur est intégrale à l'épluchage, le blanchiment et la friture des pommes de terre.

Aperçu du Projet

En 2000, Simplot a mandaté Steam Engineering Inc. pour auditer ses systèmes de vapeur. L'évaluation de Caldwell a révélé une charge vapeur moyenne de 90 000 lb/h, avec un excès d'air de combustion à 50 % et des niveaux d'oxygène dans les gaz de combustion atteignant 7,5 %. Les trois chaudières tournaient en charge partielle pour répondre à une demande de pointe fluctuante de 140 000 lb/h, résultant en une réutilisation limitée du condensat et des coûts d'exploitation élevés. L'analyse a identifié une opportunité claire : installer des brûleurs modernes avec contrôles de positionnement parallèle et ajouter un système de trim d'oxygène des gaz de combustion pour réduire l'excès d'air et améliorer l'efficacité de combustion.

Quand le logiciel SSAT a été lancé en 2002, Moir l'a utilisé pour modéliser le système de vapeur de l'usine. Le modèle projetait des économies annuelles de gaz naturel de plus de 25 000 MMBtu en maintenant l'oxygène des gaz de combustion à 3 % via les mises à niveau des brûleurs et systèmes de trim d'oxygène. Il indiquait aussi que la récupération de condensat pouvait être augmentée, l'excès d'air réduit à 10 %, et que seulement deux chaudières seraient nécessaires pour répondre à la demande de pointe.

Implémentation du Projet

La direction de Simplot a approuvé les recommandations pilotées par SSAT. Pour minimiser les temps d'arrêt, de nouveaux brûleurs, contrôles, ventilateurs d'air de combustion, conduits de recirculation des gaz de combustion, analyseurs d'oxygène et systèmes de trim de ventilateur d'aspiration ont été installés sur deux chaudières pendant les arrêts planifiés. Les mises à niveau ont permis à l'usine de répondre à sa charge de vapeur avec moins de carburant et sans compromis sur la production.

Résultats du Projet

La mise à niveau a dramatiquement amélioré l'efficacité : l'oxygène moyen des gaz de combustion reste maintenant à 3 % ou moins, la charge de pointe de vapeur chute à 110 000 lb/h, et seulement deux chaudières sont requises à un niveau d'excès d'air de 10 %. La récupération de condensat est montée à 50 %, permettant la désactivation de cinq pompes à condensat. Les économies annuelles incluent 52 000 MMBtu (7,5 % de la consommation antérieure) pour 279 000 $, 526 000 kWh pour 20 000 $, et 30 000 $ en maintenance — totalisant 329 000 $ par an. Avec un coût de projet de 373 000 $, la période de retour est sous 14 mois. La fiabilité de production s'est améliorée, sans arrêt de chaudière signalé depuis l'achèvement.

Depuis, Simplot a appliqué la méthodologie SSAT à huit installations additionnelles, atteignant 176 000 MMBtu d'économies annuelles de gaz naturel. La participation de l'entreprise à l'Initiative d'Efficacité du Traitement Alimentaire de l'Ouest des États-Unis étend davantage ces meilleures pratiques aux autres transformateurs alimentaires régionaux.

Figure 1. Assemblage Admission Air

Leçons Apprises

Une approche standardisée, pilotée par les données — incarnée par le SSAT — dévoile des gains de performance significatifs et des économies de coûts dans les systèmes de vapeur industriels. L'expérience de Simplot valide que les techniques d'optimisation conventionnelles, quand modélisées rigoureusement, peuvent produire à la fois les bénéfices attendus et additionnels. Conséquemment, l'entreprise a adopté le SSAT comme standard corporate pour toutes les installations alimentées à la vapeur, assurant des améliorations continues et reproductibles.

Figure 2. Brûleur et Logement Brûleur

Définir l'Efficacité de Combustion

L'efficacité de combustion mesure à quel point le contenu calorifique d'un carburant se convertit en chaleur utilisable. Les indicateurs clés sont la température de cheminée et l'oxygène des gaz de combustion. Opérer une chaudière avec l'excès d'air optimal — typiquement 10 % pour chaudières gaz naturel — minimise la perte de chaleur et maximise l'efficacité. Quand la composition du carburant ou la demande de vapeur varie, un système de trim d'oxygène en ligne peut ajuster automatiquement les contrôles de brûleur pour maintenir des conditions de combustion idéales.

Outil d'Évaluation Système Vapeur DOE ITP BestPractices

BestPractices offre une suite d'outils pour évaluer et optimiser les systèmes de vapeur. Le SSAT est le logiciel principal, permettant aux utilisateurs de modéliser des scénarios d'amélioration et d'estimer des économies d'énergie et coûts précises. L'outil, et autres logiciels associés, sont disponibles via le site EERE (https://www.oit.doe.gov/bestpractices/software_tools.shtml) ou en commandant au Centre d'Information EERE au 877‑337‑3463.

Pour plus sur le programme Industrial Technologies du Département de l'Énergie américain, visitez https://www1.eere.energy.gov.