Récupération de chaleur résiduelle des gaz de combustion : dimensionnement d’un préchauffeur d’air pour chaudières et fournaises

Chaque chaudière et chaque fournaise rejette des gaz de combustion chauds, et une grande partie de cette chaleur peut être récupérée au lieu d'être perdue.Récupération de chaleur résiduelle des gaz de combustionLa récupération de la chaleur des fumées à l'aide d'un préchauffeur d'air à plaques et sa réinjection dans le procédé constituent l'une des mesures d'efficacité les plus rentables du secteur. Ce guide explique les possibilités offertes, le dimensionnement d'une unité de récupération et la contrainte cruciale du point de rosée acide qui détermine les limites de cette récupération.

La récupération de la chaleur résiduelle est essentielle à la décarbonation industrielle, car elle permet de réduire la consommation de combustible et les émissions sans modifier le procédé sous-jacent. SHPHE conçoit sur mesure des préchauffeurs d'air à plaques pour intercepter les gaz de combustion à haute température et en récupérer l'énergie. Leur dimensionnement précis, qui consiste à trouver un équilibre entre récupération maximale et limite de corrosion, est la clé d'une installation fiable et performante.

Quelle quantité de chaleur contient le gaz de combustion ?

L'énergie récupérable dépend dedébit des gaz de combustion et leur températureAu-delà du point où il peut être refroidi en toute sécurité, la cheminée d'un four à haute température contient beaucoup plus de chaleur récupérable qu'une cheminée à basse température. Plus le débit de gaz est important, plus l'énergie disponible est grande. La chaleur récupérable est approximativement égale au débit massique du gaz multiplié par sa chaleur spécifique et par la chute de température atteignable dans le préchauffeur. La limite pratique de cette chute de température est le point de rosée acide, abordé ci-dessous. Quantifier la chaleur disponible à partir des conditions de la cheminée est la première étape de tout projet de récupération, car elle détermine l'ampleur du gain potentiel.

Comment dimensionner un préchauffeur d'air pour la récupération ?

Le dimensionnement suit la même logique thermique que pour tout échangeur à plaques, appliquée aux flux gazeux. Les entrées sont lesdébit des gaz de combustion et température d'entrée, ledébit d'air de combustion (ou de gaz de procédé) et sa température d'entrée, letempérature de préchauffage ciblevous souhaitez atteindre, et lechute de pression admissibleDe part et d'autre (un point crucial pour les applications gaz, où la puissance du ventilateur est un facteur déterminant), l'ingénieur dimensionne la matrice de plaques ondulées (surface, ondulation et configuration du flux) afin de transférer la chaleur requise dans les limites de perte de charge. Les coefficients de transfert thermique étant inférieurs pour les applications gaz-gaz par rapport aux liquides, l'ondulation et la surface des plaques sont choisies pour optimiser la turbulence et la récupération de chaleur, tout en conservant un encombrement réduit.

Qu’est-ce que le point de rosée acide, et pourquoi limite-t-il la récupération ?

Il s'agit de la contrainte la plus importante en matière de récupération de chaleur des gaz de combustion. En refroidissant, les gaz de combustion finissent par atteindre leur température de transition vitreuse.point de rosée acideLe point de rosée est la température à laquelle l'acide sulfurique et les autres acides présents dans le gaz commencent à se condenser. En dessous de ce point, le liquide corrosif attaque le métal ; un refroidissement excessif du gaz entraîne donc une corrosion rapide de l'extrémité froide du préchauffeur. Le point de rosée dépend de la teneur en soufre du combustible et de la composition du gaz. Le dimensionnement doit donc trouver un équilibre entre deux facteurs : un refroidissement plus poussé du gaz permet de récupérer davantage de chaleur, mais le point de rosée de l'acide constitue un seuil minimal à ne pas dépasser, sous peine d'utiliser des matériaux résistants à la corrosion. Trouver le bon équilibre est ce qui distingue une unité de récupération durable d'une unité sujette à la corrosion et aux pannes.

Comment la corrosion est-elle gérée à l'extrémité froide ?

Lorsqu'une conception favorise la récupération à proximité ou en dessous du point de rosée afin de capter davantage de chaleur,L'extrémité froide doit être conçue pour résister à la condensation.SHPHE remédie à ce problème en sélectionnant des matériaux de plaques résistants à la corrosion pour la section froide et en optimisant l'agencement des flux afin de protéger la zone la plus vulnérable. Ceci permet à une centrale de récupérer davantage d'énergie qu'avec une conception classique, sans compromettre sa fiabilité. Le choix dépend du type de combustible : pour un combustible à faible teneur en soufre, le point de rosée est plus bas et une récupération plus poussée est possible ; pour un combustible à haute teneur en soufre, la conception privilégie une température plus élevée ou utilise une métallurgie améliorée. L'adéquation des matériaux et de la conception aux caractéristiques spécifiques des gaz de combustion est essentielle au bon fonctionnement d'une unité de récupération.

Dans quels domaines s'applique la récupération des gaz de combustion ?

Quel retour sur investissement pouvez-vous espérer ?

Comme la chaleur récupérée remplace le combustible chaque heure, le retour sur investissement est généralement important. L'économie annuelle de combustible correspond à la chaleur récupérée multipliée par les heures de fonctionnement et par le coût du combustible, déduite du coût d'investissement du préchauffeur et de la puissance supplémentaire nécessaire au ventilateur pour compenser la perte de charge. Dans les centrales à combustion à haute température et à forte cadence de fonctionnement, le retour sur investissement est souvent de quelques années seulement.réduction des émissionsL'instauration d'une tarification du carbone apporte une valeur ajoutée. La rentabilité s'améliore avec la température des gaz de combustion et la durée de fonctionnement de l'installation, ce qui explique pourquoi les procédés continus à forte intensité énergétique sont les candidats privilégiés. Un spécialiste peut modéliser la récupération, la contrainte de point de rosée et le retour sur investissement pour une cheminée donnée.

Quelles sont les erreurs courantes en matière de récupération des gaz de combustion ?

Plusieurs erreurs évitables compromettent les projets de récupération des gaz de combustion. La première esten négligeant le point de rosée acide— une conception visant uniquement une récupération de chaleur maximale, suivie d'une corrosion rapide à froid car le gaz a été refroidi en dessous de la température de condensation sans matériaux appropriés. La seconde estsous-estimation de la chute de pressionL'ajout d'un préchauffeur augmente la résistance côté gaz et côté air, et si les ventilateurs ne peuvent pas fournir la pression supplémentaire, le tirage et la combustion en pâtissent. Le troisième estutiliser une métallurgie inappropriéePour le carburant, un carburant à haute teneur en soufre nécessite une extrémité froide plus résistante à la corrosion qu'un carburant propre. Le quatrième esttraiter l'unité comme génériqueAu lieu de dimensionner l'installation en fonction des conditions réelles de la cheminée, on risque de compromettre la récupération. Pour éviter ces problèmes, il est essentiel de réaliser une conception technique appropriée, basée sur le combustible, la composition du gaz et le système réels ; c'est précisément le rôle d'un spécialiste.

Pourquoi la technologie des plaques pour la récupération du gaz à partir de gaz ?

Le transfert de chaleur entre gaz est intrinsèquement plus complexe qu'entre liquides, car les gaz ont des coefficients de transfert thermique plus faibles. L'échangeur doit donc fournir un effort plus important pour récupérer une quantité de chaleur donnée. La conception à plaques y remédie grâce à des surfaces ondulées qui génèrent des turbulences et concentrent une large surface d'échange thermique dans une matrice soudée compacte, permettant ainsi de récupérer davantage d'énergie par mètre cube d'équipement qu'un préchauffeur tubulaire classique. Entièrement soudé, il évite également les fuites entre flux qui réduisent l'efficacité des préchauffeurs régénératifs rotatifs, garantissant ainsi que toute la chaleur récupérée parvienne à l'air de combustion. Pour une installation soucieuse d'optimiser la récupération grâce à une unité compacte, fiable et étanche, la technologie à plaques est le choix idéal. C'est pourquoi SHPHE conçoit ses préchauffeurs d'air en s'appuyant sur le même savoir-faire en matière de plaques ondulées et soudées qui sous-tend toute sa gamme de produits.

En tant que fabricant spécialisé d'échangeurs de chaleur à plaques,SHPHE(Shanghai Heat Transfer Equipment Co., Ltd.) conçoit sur mesure des systèmes de récupération de chaleur résiduelle des gaz de combustion et de préchauffage de l'air, soutenus par la certification ASME/NB/CE/BV/SGS et plus de 30 brevets.

Comment démarrer un projet de redressement ?

Un projet de récupération des gaz de combustion commence par la collecte de données, et non par l'acquisition d'équipements. Rassemblez lesconditions d'empilement— débit de gaz, température et composition — letype de carburant et teneur en soufre(qui fixe le point de rosée), ledébit d'air de combustion et préchauffage cibleet les heures de fonctionnement de l'installation ainsi que le coût du combustible. Grâce à ces données, un spécialiste peut quantifier la chaleur récupérable, modéliser les économies de combustible et la réduction des émissions, identifier la limite de refroidissement admissible et dimensionner un préchauffeur d'air à plaques pour optimiser la récupération d'énergie en fonction du point de rosée. Il en résulte une conception, une estimation du retour sur investissement et une vision claire de la modernisation. Les économies étant continues et le retour sur investissement important, la collecte de ces données représente une étape simple qui permet de réaliser l'un des investissements les plus rentables pour l'efficacité énergétique d'une centrale à combustion.

Foire aux questions

Sources et lectures complémentaires : Informations sur les produits SHPHE ; principes généraux de récupération de la chaleur résiduelle des gaz de combustion. Le point de rosée acide et le taux de récupération dépendent du combustible et de la composition du gaz ; à confirmer par une étude thermique.