Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

L'audit énergétique industriel 1 Systèmes de récupération et d’intégration de l

L'audit énergétique industriel 1 Systèmes de récupération et d’intégration de l’énergie Jean-Marie SEYNHAEVE Introduction Récupération d ’énergie - Méthodes Illustration de systèmes de récupération d ’énergie Intégration de l ’énergie - « Pinch technology » Exemples L'audit énergétique industriel 2 Introduction Objectif des systèmes de récupération d’énergie (Heat recovery) Utiliser la chaleur jusqu’à une température la plus basse possible avant de la rejeter à la source froide. ≠Conservation d’énergie : réduire les flux de chaleur à l’ambiance. Exemples • Gaz ⇒Liquide : Conditionnement d’air : réchauffement de l’air déshumidifié par l’eau de refroidissement. • Liquide ⇒Liquide : Préchauffage de l’eau d’un système de chauffage urbain par l’huile de process d’une raffinerie de pétrole. • Solide ⇒Gaz : Préchauffage de l’air de combustion par les matières solides sortant d’un four. • Gaz ⇒Solide : Préchauffage des matières premières par les fumées. L'audit énergétique industriel 3 Méthodes de récupérations de chaleur 3. Valorisation de processus : exemples Agencement optimal des échangeurs de chaleur dans un processus industriel. 2. Échangeurs de chaleur : nouveaux designs - cas d’étude 1. Pompe à chaleur : cas d’étude 4. Intégration des process (Process integration) : technique du pincement L'audit énergétique industriel 4 1. Pompe à chaleur : cas d’étude Vapeur saturée 1.49 bar - 111 °C Vapeur surchauffée 2.76 bar - 188 °C 0.97 bar - 63 °C R - 113 liquide 4.9 bar - 104 °C 46 °C Eau 35 °C 29 °C Chaleur du process 116 °C 60 °C 116 °C Evaporateur Évaporateur Condenseur T C P Charge process Eau 111 °C Cycle de Rankine Cycle Pompe à chaleur L'audit énergétique industriel 5 L'audit énergétique industriel 6 2. Cas d’étude : Régénérateur rotatif dans une papeterie Avantages : Faible encombrement, Bon marché, Faible perte de charge, efficacité = 80 % Inconvénient : Non étanche, Mélange des deux gaz L'audit énergétique industriel 7 • Conditions de fonctionnement : • Besoin pour séchoir à bois : 57 m3/s d’air à 65 °C • Chaudière à gaz naturel : 5.6 €/GJ • Rendement chaudière : 0.83 • Utilisation : 8064 h/an • Caractéristiques d’un régénérateur rotatif : (3 dispositifs en //) • Rendement : 80 % pour 19 m3/s • Prix : 30000 € • Ventilateur : 37 kW • Économie de chaleur par heure : = 0.80 x 57 m3/s x 1 kg/m3 x 1 kJ/kg°C x (65-15) °C x 3600 s/h x 10-6 GJ/kJ = 8.21 GJ/h • Économie annuelle : = 8.21 GJ/h x 8064 h/an x 5.6 €/GJ / 0.83 = 446143 €/an L'audit énergétique industriel 8 • Coût de l’investissement : • 3 régénérateurs rotatifs : 90000 € • 3 ventilateurs : 30000 € • Montage et conduites : 100000 € • TOTAL : 220000 € • Coût d’utilisation annuel : •Électricité ventilateurs (3 x 37 kW à 0.11 €/kWh): 98461 €/an • Entretien et maintenance : 1600 €/an •TOTAL : 100061 €/an • Retour d’investissement simple : = 220000/(446143-100061) = 0.67 an = 8 mois Projet très rentable L'audit énergétique industriel 9 Chaudière de récupération Système de préchauffage de fuel 3. Valorisation de processus : exemples L'audit énergétique industriel 10 Récupération de chaleur de compresseurs Chauffage urbain alimenté par une entreprise L'audit énergétique industriel 11 4. Intégration des process (Process integration) : technique du pincement Exemple simple : industrie alimentaire Emballage Ingrédients Vapeur Produits Emballage Cuisson Lavage Conditionnement Produits finis 1 4 6 5 2 3 15 °C 120 °C 80 °C 20 °C 50 °C 100 °C 50 °C 80 °C 80 °C 45 °C 25 °C Caractéristiques des flux de process No flux Type de flux Tin (°C) Tout (°C) Capacité (kW/°C) 1 Froid 15 120 6 2 Chaud 100 50 -5 3 Chaud 80 79 -200 4 Froid 20 80 2 5 Chaud 80 50 -2 6 Chaud 45 20 -6 L'audit énergétique industriel 12 Courbe composée des flux froids Chaleur composée Température Somme des C Flux 1 Flux 4 kW °C kW/°C kW/°C 0 15 6 6 - 30 20 8 6 2 510 80 6 6 750 120 Courbe composée FROID 0 20 40 60 80 100 120 140 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Puissance thermique (kW) Température (°C) Flux 1 Flux 4 Courbe composée L'audit énergétique industriel 13 Courbe composée des flux chauds Chaleur composée Température Somme des C Flux 2 Flux 3 Flux 5 Flux 6 kW °C kW/°C kW/°C kW/°C kW/°C kW/°C 660 100 - - - - - 560 80 -5 -5 - - - 353 79 -207 -5 -200 -2 - 150 50 -7 -5 - -2 - 150 45 0 - - - - 0 20 -6 - - - -6 Courbe composée CHAUD 0 20 40 60 80 100 120 0 100 200 300 400 500 600 700 Puissance thermique (kW) Température (°C) Flux 2 Flux 3 Flux 5 Flux 6 Courbe composée L'audit énergétique industriel 14 Point de pincement de température : “Pinch point” Pinch Point : Différence de température = 0 °C 0 20 40 60 80 100 120 140 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Puissance thermique (kW) Température (°C) Courbe composée CHAUD Courbe composée FROID Chauffage Refroidissement Récupération de chaleur Pinch point L'audit énergétique industriel 15 Point de pincement de température : “Pinch point” Pinch Point : Différence de température = 20 °C 0 20 40 60 80 100 120 140 0 200 400 600 800 1000 1200 Puissance thermique (kW) Température (°C) Courbe composée CHAUD Courbe composée FROID Récupération de chaleur Chauffage Refroidissement Pinch point ∆T = 20 L'audit énergétique industriel 16 Règles d’or de la “technologie du pincement” 1. Pas de transfert de chaleur à travers le point de pincement. 2. Ne pas refroidir au-dessus du point de pincement. 3. Ne pas réchauffer au-dessous du point de pincement. 5. Comment s’éloigner du point de pincement ? 4. Transférer la chaleur à contre-courant. ∆T T Pth Chaud Froid Au-dessus du pincement Au-dessous du pincement ∆T T Pth Chaud Froid chaud froid C C ≤ chaud froid C C ≥ L'audit énergétique industriel 17 Table des températures adaptée en fonction du pincement Soit un ∆T de 20 °C ⇒+ 10 °C pour les flux froids et -10 °C pour les flux chauds Intervalle de température Flux 1 kW/°C Flux 4 kW/°C Flux 6 kW/°C Flux 5 kW/°C Flux 3 kW/°C Flux 2 kW/°C 6 2 6 5 200 2 1 2 3 4 5 6 7 8 130 90 40 35 30 25 10 69 70 15 20 120 80 45 20 15 79 80 100 50 80 50 L'audit énergétique industriel 18 Intervalle Température °C ∆T °C Flux Cfroid - Cchaud kW/°C Ptherm kW Status 1 130 - 90 40 1 6-0=6 +240 Déficit 2 90 - 70 20 1 4 5 8-5=3 +60 Déficit 3 70 - 69 1 1 4 5 3 2 8-207=-199 -199 Surplus 4 69 - 40 29 1 4 5 2 8-7=1 +29 Déficit 5 40 - 35 5 1 4 8-0=8 +40 Déficit 6 35 - 30 5 1 4 6 8-6=2 +10 Déficit 7 30 - 25 5 1 6 6-6=0 0 - 8 25 - 10 15 6 0-6=-6 -90 Surplus 100 80 120 80 80 50 80 79 45 80 50 20 15 60 60 20 IV III II I 1 6 4 2 5 3 Flux Pinch 5 5 5 200 6 6 6 2 60 60 100 kW 80 kW 64 77 27 200 kW 70 kW chaud froid C C ≥ chaud froid C C ≤ R R C C 60 kW 150 kW 260 kW 40 kW Pinch 300 kW 210 kW Identification des besoins en chaleur et en froid L'audit énergétique industriel 19 Flow Sheet de l’installation Ingrédients Vapeur Produits Emballage Cuisson Lavage Conditionnement Produits finis 15 °C 120 °C 80 °C 20 °C 50 °C 100 °C 80 °C 60 °C 77 °C 64 °C 20 °C 60 °C 27 °C 45 °C 80 °C 50 °C C C R R I II III IV 80 °C 79 °C uploads/Industriel/ recuperation-energie.pdf