Récupération de chaleur

Echangeurs de chaleur non conventionnels

Une quantité importante de chaleur est perdue dans l’industrie car contenue dans des produits solides. Les techniques de récupération d’énergie actuelles sont développées pour récupérer l’énergie contenue dans des liquides et des gaz. Ainsi, la mise en œuvre et la caractérisation de systèmes d’échange de chaleur entre solides ouvre la voie à la récupération de quantités importantes d’énergie. Les systèmes d’échange solide/solide utiliseront un liquide ou un gaz comme médium de transfert de chaleur qui sont intensifiés en travaillant sur la géométrie et le mode de circulation

Le CES a analysé le transfert de chaleur dans un refroidisseur de ciment. Un échangeur « refroidisseur de ciment » consiste à refroidir du ciment en poudre par de l’eau froide. Un cylindre vertical dans lequel le ciment est acheminé du bas vers le haut avec une vis est refroidi par de l’eau circulante sur sa paroi externe.

Récupération d’énergie des brames après la coulée continue

Le CES mène des travaux dont l'objectif est de définir une méthode et un équipement apte à extraire de l’énergie à haute valeur exergétique lors du refroidissement contrôlé de solides chauds. L’état de l’art montre qu'actuellement cette énergie est rejetée. Par exemple, dans le cas des brames d'acier, après la coulée continue, ces brames sont placées dans des parcs où elles sont déposées et se refroidissent à l’air libre : leur énergie est dégagée vers l’atmosphère par rayonnement et par convection. Au cours du procédé de refroidissement, 540 MJ/tonne d’acier sont perdus. Il s’avère important de signaler aussi que le procédé de refroidissement traditionnel des brames d’acier exige un temps très long, de l’ordre de 1 à plusieurs jours, ce qui ralentit la production et la récupération des brames présentant des défauts.

Le CES a mis au point une méthode de récupération et de valorisation de cette énergie pour la convertir en électricité. Les travaux, menés en collaboration avec un partenaire industriel, ont permis le développement d'un nouveau système de refroidissement. Le système est appelé BAB (Bouilleur A Brame) et permet de vaporiser de l'eau sous pression qui est ensuite détendue dans une turbine pour produire de l'électricité.

La figure ci dessous montre le banc d'essais qui a permis la validation de la preuve de concept de la technologie BAB. Les travaux de modélisation ont été effectué à l'aide de la plateforme ThermLab4D du CES.

Banc de preuve de concept de la technologie de récupération d'énergie sur brame d'acier.

Récupération d’énergie et dépollution de fumées

Le CES met en place une technologie de récupération et de dépollution des fumées industrielles. Cette technologie connue sous le nom de "ACHeaVE" (Advanced Clean Heat Valorisation into Electricity) permet :

  • La récupération optimisée de la chaleur des fumées industrielles avec intégration de dépollution.
  • La technologie consiste à récupérer la chaleur sensible et latente des fumées industrielles en utilisant des échangeurs à contact direct (à garnissage), à dépolluer les fumées en captant principalement les SOx et la poussière et en réduisant l’émission de la vapeur d’eau créant la brume.
  • ACHeaVE permet d’avoir de l’eau chaude à une température supérieure à la température de rosée des fumées.
  • La modélisation de la technologie a été développée dans une thèse soutenue en septembre 2013. Une preuve de concept optimisée est en cours de développement.

La technologie ACHeaVE comporte :

  • Un système de récupération de chaleur fumées – eau en utilisant un échangeur à garnissage (CU)
  • Une boucle de caloporteur à eau
  • Une unité de traitement d’eau pour neutraliser l’eau caloportrice
  • Un système de conversion de chaleur en électricité : ORC simple optimisé

Les photos ci-dessous montrent la réalisation d'une preuve de concept de la technologie "ACHeaVE".

Vue de la technologie "ACHeaVE" pour la dépollution et la récupération d'énergie sur fumées industrielles.

 

Récupération de chaleur - MINES ParisTech
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