recuperation energie
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L'audit nergtique industriel 1
Systmes de rcupration etdintgration de lnergie
Jean-Marie SEYNHAEVE
IntroductionRcupration d nergie - Mthodes
Illustration de systmes de rcupration d nergie
Intgration de l nergie - Pinch technology
Exemples
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IntroductionObjectif des systmes de rcupration dnergie (Heat recovery)
Utiliser la chaleur jusqu une temprature la plus bassepossible avant de la rejeter la source froide.
Conservation dnergie : rduire les flux de chaleur lambiance.Exemples
Gaz Liquide :Conditionnement dair : rchauffement de lair dshumidifi par leau derefroidissement.
Liquide Liquide :Prchauffage de leau dun systme de chauffage urbain par lhuile deprocess dune raffinerie de ptrole.
Solide Gaz :Prchauffage de lair de combustion par les matires solides sortant dun four.
Gaz Solide :
Prchauffage des matires premires par les fumes.
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Mthodes de rcuprations de chaleur
3. Valorisation de processus : exemples
Agencement optimal des changeurs de chaleur dans un processus industriel.
2. changeurs de chaleur : nouveaux designs - cas dtude
1. Pompe chaleur : cas dtude
4. Intgration des process (Process integration) : technique du pincement
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1. Pompe chaleur : cas dtude
Vapeur sature1.49 bar - 111 C
Vapeur surchauffe2.76 bar - 188 C
0.97 bar - 63 C
R - 113 liquide4.9 bar - 104 C
46 C
Eau 35 C
29 C
Chaleur du process 116 C60 C
116 CEvaporateur vaporateur
Condenseur
T CP Chargeprocess
Eau 111 C
Cycle de Rankine Cycle Pompe chaleur
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2. Cas dtude : Rgnrateur rotatif dans une papeterie
Avantages : Faible encombrement, Bon march, Faible perte de charge,efficacit = 80 %
Inconvnient :Non tanche, Mlange des deux gaz
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Conditions de fonctionnement :
Besoin pour schoir bois : 57 m3/s dair 65 C
Chaudire gaz naturel : 5.6 /GJ
Rendement chaudire : 0.83
Utilisation : 8064 h/an
Caractristiques dun rgnrateur rotatif : (3 dispositifs en //)
Rendement : 80 % pour 19 m3/s
Prix : 30000
Ventilateur : 37 kW
conomie de chaleur par heure :
= 0.80 x 57 m3/s x 1 kg/m3x 1 kJ/kgC x (65-15) C x 3600 s/h x 10-6GJ/kJ = 8.21 GJ/h
conomie annuelle :
= 8.21 GJ/h x 8064 h/an x 5.6 /GJ / 0.83 =446143 /an
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Chaudire dercupration
Systme de
prchauffage de fuel
3. Valorisation de processus : exemples
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4. Intgration des process (Process integration) : technique du pincement
Exemple simple : industrie alimentaire
Emballage
Ingrdients
Vapeur
Produits
Emballage
Cuisson
Lavage
ConditionnementProduits finis
1
4 6
5
2
3
15 C 120 C
80 C20 C
50 C100 C
50 C80 C
80 C
45 C 25 C
Caractristiques des flux de process
No flux Type de flux Tin
(C)
Tout
(C)
Capacit
(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
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Courbe compose des flux froids
Chaleur compose Temprature 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 6750 120
Courbe compose FROID
0
20
40
60
80
100
120
140
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Puissance thermique (kW)
Temprature(C)
Flux 1Flux 4
Courbe compose
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Courbe compose des flux chauds
Chaleur compose Temprature 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 compose CHAUD
0
20
40
60
80
100
120
0 100 200 300 400 500 600 700
Puissance thermique (kW)
Temprature(C)
Flux 2
Flux 3
Flux 5
Flux 6
Courbe compose
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Point de pincement de temprature : Pinch point
Pinch Point : Diffrence de temprature = 0 C
0
20
40
60
80
100
120
140
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Puissance thermique (kW)
Tempra
ture(C)
Courbe compose CHAUD
Courbe compose FROID
Chauffage
Refroidissement
Rcupration de chaleurPinch point
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Point de pincement de temprature : Pinch point
Pinch Point : Diffrence de temprature = 20 C
0
20
40
60
80
100
120
140
0 200 400 600 800 1000 1200
Puissance thermique (kW)
Tempr
ature(C)
Courbe compose CHAUD
Courbe compose FROID
Rcupration de chaleur
Chauffage
Refroidissement
Pinch pointT = 20
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Rgles dor de la technologie du pincement
1. Pas de transfert de chaleur travers le point de pincement.
2. Ne pas refroidir au-dessus du point de pincement.
3. Ne pas rchauffer au-dessous du point de pincement.
5. Comment sloigner du point de pincement ?
4. Transfrer la chaleur 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
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Table des tempratures adapte en fonction du pincement
Soit un T de 20 C + 10 C pour les flux froids et -10 C pour les flux chauds
Intervalle detemprature
Flux 1kW/C
Flux 4kW/C
Flux 6kW/C
Flux 5kW/C
Flux 3kW/C
Flux 2kW/C
6 2 6 5 200 2
1
2
3
4
5
6
78
130
90
40
35
30
25
10
69
70
15
20
120
80
45
20
15
79
80
100
50
80
50
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Intervalle TempratureC
TC Flux C froid - CchaudkW/C PthermkW Status
1 130 - 90 40 1 6-0=6 +240 Dficit
2 90 - 70 20 1 45 8-5=3 +60 Dficit
3 70 - 69 1 1 45 3 2 8-207=-199 -199 Surplus
4 69 - 40 29 1 45 2 8-7=1 +29 Dficit
5 40 - 35 5 1 4 8-0=8 +40 Dficit6 35 - 30 5 1 46 8-6=2 +10 Dficit
7 30 - 25 5 16 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
201560
60 20
IVIIIIII
1
6
4
2
5
3
FluxPinch
5 5 5
200
6 6 6
2
60
60
100 kW 80 kW
64
77 27
200 kW 70 kW
chaud froid C Cchaud froid C C
R
R
C
C
60 kW
150 kW260 kW
40 kW
Pinch
300 kW
210 kW
Identification des besoins en chaleur et en froid
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Flow Sheet de linstallation
Ingrdients
Vapeur
Produits
Emballage
Cuisson
Lavage ConditionnementProduits finis
15 C
120 C
80 C
20 C
50 C
100 C
80 C
60 C
77 C
64 C
20 C
60 C27 C
45 C80 C 50 C
C
C
RR
I
II
III
IV
80 C
79 C