3j Facilitateurureprocess Seminaire Mewa 20110525 Adl

Prsentation des diffrentes techniques de

rcupration dnergie sur processus

Sminaire MEWA

Peronnes-lez-Binche, le mercredi 25 mai 2011

Prpar par Jacques MICHOTTE, facilitateur URE process

Prsent par Jean-Benot VERBEKE, facilitateur URE process

Le Service Facilitateur URE Process de la Wallonie est assur par :

3j-Consult S.A. CCI Hainaut CCI Luxembourg belge

2Situations typiques (1/3)

Rcuprer l'nergie d'un fluide sortant :

air chaud : ventilation, HVAC;

fumes d'un four gaz;

air chaud et humide la sortie d'un schoir;

ncessit d'un changeur de chaleur ou d'une chaudire de rcupration;


Rcuprer l'nergie avec le fluide sortant :

eau chaude de lavage des "NEP" (ou "CIP"), mise en cascade;

fumes d'un four utilises en cascade dans un schoir;

Echangeur chaleur


Rcuprer la chaleur dgage par la machine elle-mme :

eau de refroidissement d'un moteur => cognration;

air de refroidissement d'un compresseur (air comprim, groupe frigorifique);

5Exigences gnrales (1/1)

Quatre exigences pour une rentabilit suffisante :

niveau de T compatible avec l'utilisation;

proximit gographique entre la source et l'utilisation;

simultanit entre la disponibilit la source et l'utilisation vise;

fiabilit de la source.

Si T trop basse : oublier le projet (sauf pompe chaleur = cher !)

Si pas de proximit : passer par un fluide intermdiaire (par ex. boucle d'eau glycole en HVAC);

Si pas de complte simultanit : passer par un ballon de stockage d'eau chaude (typique dans le cas d'une cogen).

Si pas de fiabilit de la source : oublier le projet !

6Situations idales (1/2)

La situation tout fait idale : rinjecter le fluide avec son nergie directement dans le process lui-mme :

par exemple l'air chaud et humide qui est "recircul" dans un schoir.

7Situations idales (2/2)

La situation presque idale : rinjecter l'nergie d'un fluide sortant dans un fluide entrant dans le mme process : la chaleur des fumes d'un four est utilise pour prchauffer l'air comburant. Dans ce cas il faut un changeur de chaleur ou "rcuprateur".

8Fausses bonnes ides (1/3)

Vouloir rcuprer la chaleur basse T :

40 50C est le plus souvent une "fausse bonne ide" : pas d'utilisation simultane proximit.

Exception :

Chauffage basse T (par ex. chauffage par le sol) mais cot du rseau et problme de disponibilit de la source !

9Fausses bonnes ides (2/3)

Vapeur : vouloir rcuprer la chaleur sensible des condensats avant de les renvoyer la chaudire.

L'nergie "rcupre" sera finalement fournie en plus par la chaudire !

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Fausses bonnes ides (3/3)

Air ou fumes chaudes : vouloir les transporter sur une grande distance.

Si basse T : peu rentable;

Si T plus leves : cot des conduites isoles (dilatation, corrosion, etc.).

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Situations les plus courantes (1/2)

Rcupration sur les fumes (fours et grosses chaudires) => prchauffage de l'air comburant;

Rcupration sur l'extraction d'un scheur => prchauffage de l'air neuf;

Rcupration de la chaleur de l'eau de refroidissement d'un process => chauffage;

Rcupration de la chaleur sur les compresseurs d'air => chauffage;

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Situations les plus courantes (2/2)

Rcupration de la chaleur sensible de surchauffe du fluide frigorigne la sortie des compresseurs de groupes frigorifiques => chauffage;

Cognration : rcupration de la chaleur de l'eau de refroidissement du moteur et des gaz d'chappement (deux niveaux de T) => chauffage;

Rcupration de l'eau chaude en industrie alimentaire => deuxime utilisation "en cascade".

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Rcupration sur les fumes (1/10)

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Notion de rendement de combustion :

Rendement de combustion = 1-(Perte Fumes Rcupration)

Energie paye (brleurs)

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Exemple concret : sidrurgie, four de rchauffage avant laminage

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Rcuprateur ancien : air prchauff 200C en moyenne

Consommation annuelle de gaz naturel : environ 26 000 000 Nm/an

Nouveau rcuprateur : air prchauff 400C en moyenne

Gain ralisable : 10% de la consommation soit environ 770 000 /an

Cot de l'investissement : environ 900 000 /an

Temps de retour sur investissement : environ 1.2 ans !

Mais, il y a un mais !

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Mais toutes les fumes ne passent pas par le rcuprateur (problme de matrise de la pression dans la chambre du four) !

T constate la mise en service du nouveau rcuprateur : 300C en moyenne.

Temps de retour sur investissement dans ce cas : 2.4 ans !

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Il n'y a pas que la rcupration par un changeur centralis.

Autres techniques :

brleurs auto-rcuprateurs (par ex. fumes 1000C - air 650C)

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Autres techniques :

brleurs rgnratifs (par ex. fumes 1250C - air plus de 1000C - NOx => combustion sans flamme)

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Autres techniques :

chaudire de rcupration vapeur (pour le process ou le prchauffage de fuel lourd par exemple)

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Rcupration sur les scheurs (1/7)

D'abord recirculer au maximum c'est--dire laisser monter l'humidit de l'air extrait (!)

Ensuite rcuprer sur l'air extrait en prchauffant l'air neuf

Dans ce cas, on condense l'humidit de l'air extrait dans le rcuprateur;

Grand potentiel de rcupration (condensation) mais basse T.

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Potentiel air sec :

10 000 Nm/h 80C et 10 g d'eau/kg air sec (= atm.)

de l'ordre de 200 kW

Potentiel air humide :

10 000 Nm/h 80C et 200 g/kg air sec (extraction)

Plus de 1100 kW soit 5 fois plus !

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Exemple concret chez Burgo Ardennes: Rcupration des calories sur air extrait en scherie papier pour rchauffer de l'eau glycole

Avant : L'eau glycole tait en boucle et tait chauffe par de la vapeur

Proposition : Placer un changeur air/eau sur la hotte du scheur pour chauffer leau glycole

Gain : 22 000 GJ/an de vapeur (= 127 000 /an)


Temps de retour sur investissement : environ 2 ans

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Rcupration sur grosses chaudires (1/2)

Prchauffage de l'eau d'appoint ou de l'air comburant :

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Rcupration sur grosses chaudires (2/2)

Exemple concret : Prchauffage de lair de combustion sur un four industriel (sidrurgie) :

Donnes :

prchauffage de lair de combustion de 20C 400C (temprature des fumes 900C) ;

consommation gaz du four : 235 000 GJi, soit 6,4 MNm de gaz (PCI = 36500 kJ/Nm) ;

Gains nergtiques :

besoin en air de combustion : si excs dair de 10%, 71 MNmdair ;

gain sur la consommation de gaz ncessaire chauffer lair de combustion : ~30000 GJi, soit ~330 K (11 /GJi ou 40 /MWh)

investissements pour rcuprateur et modification chemine estim 1100 000 ;

PBT : 3,5 ans.

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Rcupration en HVAC (1/1)

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Rcupration sur compresseurs (1/4)

Exemple concret chez Kingspan: Rcupration de la chaleur d'un compresseur d'air : air chaud puls dans le btiment en hiver

On devine la vanne qui permet d'vacuer la chaleur l'extrieur du btiment en t. La conduite verticale est videmment la "chemine" qui envoie l'air chaud

dans le btiment.

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Rcupration de la chaleur d'un compresseur d'air : air chaud puls dans le btiment en hiver :

Donnes

Puissances lectrique des compresseurs : 75 kW ; Consommation annuelle : 130 000 kWh ;

Chaleur rcuprable estime 75% de la consommation lectrique ;

Superficie des surfaces chauffer : 2000 m ;

Besoin en chauffage des halls : 110 kWh/m/an ; Priode de chauffe : 150 jours/an ;

Rendement de la chaudire actuelle : 80%

Estimation des gains nergtiques :

Besoin annuel en chaleur: 220 000 kWh/an

Puissance rcuprable sur les compresseurs : 130 000 * 0,75 / 365*150 = 54000 kWh.

Gain li la rcupration de chaleur des compresseurs : 54 000 / 0,8 = 67 500 kWh/an, soit 2700 /an ;

Investissements : gainages vers le hall chauffer estims 3000

PBT : 1 an

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Dans le cas d'un groupe frigorifique, on prpare de l'air chaud en rcuprant la surchauffe du fluide frigorigne la sortie du compresseur :

Donnes :

Groupe de froid d'une puissance lectrique de 200 kW ;

Temps de fonctionnement du groupe : 16h par jour (365j/an) ;

Chauffage deau de 10C 40C

Dbit deau de 80 m/jour

Rendement de la chaudire actuelle : 85%

Priode de rcupration de chaleur : 150 j/an (priode hivernale)

Estimation des gains nergtiques :

Puissance thermique de 175 kW rcuprer sur le compresseur (80000 * 4.186 * 30 / 3600 / 16)

Gain sur le chauffage de leau : (175/0,85) * 16 * 150 = 495 MWh/an, soit 19800 /an (40 /MWh) ;

Investissements pour boiler, conduites calorifuges, arothermes, MO estims 70 000 ;

PBT : 3,5 ans

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Rcupration de la chaleur de surchauffe pour l'ECS, l'eau lave bacs (eau 40C)

Puissance des compresseurs: 200 kWe

Investissement: 10 000

gain nergtique estim: 44 210 kWh/an

Temps de retour de 3.5 ans

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Rcupration sur

eau de refroidissement process (1/2)

Rcupration sur l'eau de refroidissement des chenets d'un four de rchauffage avant laminage :

Chauffage urbain de la Ville de Chtelet.

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Rcupration sur

eau de refroidissement process (2/2)

Dans le cas du four ci-dessus : 7 9% de la puissance thermique des brleurs, en rgime, sont dissips par l'eau de refroidissement des chenets.

T d'entre de l'eau dans les chenets : environ 85C

T de sortie de l'eau au retour des chenets : environ 87 88C

Soit une diffrence de T de l'ordre de 2.5C pour un dbit total de 1300 m/h ce qui correspond une "chaudire" de 3,8 MW !

Correspond au chauffage de 760 maisons (= 20 000 kWh/an/maison)

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Rcupration de l'eau de lavage ("NEP") (1/1)

Exemple concret chez Kraft Foods :

Proposition : La dernire eau de rinage aprs nettoyage de cuves alimentaires est utilise comme 1re eau de nettoyage au cycle suivant.

Consommation annuelle deau : environ 138 000 m/an

Gain en eau chaude : 5 500 m/an, soit 4% de la consommation

Gain en chaleur nglig car l'eau de rinage primaire est dj chauffe par les cuiseurs.

Gain lectrique : 33 755 kWh/an, soit 2 700

Cot de l'investissement : 8 000 /an


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Rcupration de la chaleur du moult pour le

prchauffage de leau des brassins. (1/1)

Exemple concret la brasserie St Feuillien : Les calories du moult sont rcupres pour prchauffer l'eau des brassins

Actuellement leau froide des brassins (6500 litres par brassin et 270 brassins par an) est chauffe 85C

Proposition : leau de refroidissement du moult prchauffe leau des brassins 50-60C

Economies de gaz naturel : environ 113 000 GJs/an (= 4000 )



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Rcapitulatif des actions possibles

Rcupration sur les fumes :

four de rchauffage avant laminage > 10 % de la consommation

Rcupration sur les scheurs

rcupration sur air extrait en scherie papier > PBT = 2 ans

Rcupration sur grosses chaudires > PBT = 3.5 ans

Rcupration sur compresseurs

Rcupration de la chaleur d'un compresseur d'air pour pulser lair chaud dans le btiment > PBT = 1 ans

Rcupration de la surchauffe du fluide frigorigne dun groupe frigorifique > PBT = 3.5 ans

Rcupration de la chaleur de surchauffe pour l'ECS> PBT = 1 ans

Rcupration de l'eau de lavage ("NEP") > 4 % de la consommation

Rcupration des calories du moult > PBT = 5 ans

Plus dinfos ?

Les rcuprations de chaleur dans le process

www.energie.wallonie.be> Professionnels > Entreprises, industries > Cahiers techniques sectoriels / les rcuprations de chaleur, (PDF-6382 ko)

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Plus dinfos ?

Facilitateur URE Process

Numro vert : 0800 97 333

Emails: [email protected]

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