Sotrem, une industrie du secteur de l’aluminium, réduit ses coûts d’exploitation de 34 000 $ annuellement grâce à la récupération de chaleur des cheminées. Voilà une solution technologique très avantageuse.
Sotrem est très active sur le marché national de l’industrie de la première, deuxième et troisième transformation de l’aluminium. Elle offre des services de traitements thermiques des métaux ferreux et non ferreux ainsi que le recyclage et la refonte de résidus de l’industrie (aluminium).
Dans le cas qui nous concerne, soit le procédé de troisième transformation, le traitement thermique consiste à chauffer les pièces afin d’obtenir certaines propriétés. Le processus du traitement complet dure environ 17 heures à une température d’environ 540 °C. Sotrem conçoit la plupart de ses fours afin qu’ils aient des caractéristiques bien précises qui répondent à ses besoins.
Bien que des règles du pouce soient fréquemment utilisées pour proportionner leurs fours et leurs brûleurs, on doit faire preuve de jugement dans leur application. Toute règle est basée sur certaines hypothèses, comme le taux de production, les dimensions du four et son isolation.
Si le système considéré diffère des conditions posées au départ, l’utilisation d’une règle du pouce peut entraîner une erreur significative. Pour des conditions de fonctionnement particulières, ou lorsque des résultats plus précis sont requis, il est nécessaire de procéder à un bilan thermique. Un bilan thermique consiste à calculer les charges thermiques requises et d’en additionner les pertes afin de déterminer l’énergie nécessaire au fonctionnement du four.
Les pertes thermiques d’un four se rapportent à quatre aspects principaux : les pertes par la cheminée, qui sont les plus importantes, les pertes par les parois, les pertes par radiation et la chaleur accumulée dans la structure du four. Lorsqu’on désire augmenter la performance d’un four, il faut donc orienter les recherches vers les pertes les plus importantes. On essaie de diminuer celles qui se produisent par la cheminée en essayant d’en récupérer la chaleur. L’efficacité d’un four est donc en bonne partie tributaire des pertes qui passent par la cheminée. On sait que l’énergie disponible pour le procédé, lors de la combustion du gaz, est inversement proportionnelle à la température à laquelle devra fonctionner le four pour un excès
d’air donné.
Par exemple, le four de 4 000 000 Btu/h fonctionne à une température de 540 oC (1 000 oF). L’énergie disponible lors de la combustion est d’environ 65 % pour un excès d’air de 25 %, tel qu’il est indiqué sur le graphique. Ramené à un taux horaire de consommation, on peut dire que si le four fonctionnait à pleine capacité, il serait possible de récupérer environ 40 m3/h. Sinon, cette énergie se perdra sous forme de chaleur par la cheminée.
Donc, sur les 37,89 MJ d’énergie disponible dans 1 m3 de gaz, 35 % sera évacué par la cheminée, soit 13,3 MJ. Si le four consomme 250 000 m3/an, l’équivalent énergétique de 87 500 m3 seront évacués annuellement par la cheminée.
Dans un contexte où les prix de l’énergie ne cessent d’augmenter, on accueillera avec enthousiasme une mesure qui permet de rendre un four plus performant. Il faut prendre les moyens de récupérer cette énergie et s’en servir dans d’autres aspects du procédé lorsque c’est possible.
Dans le cas de Sotrem, à la sortie du four les pièces d’aluminium sont trempées dans un bassin d’eau de 15 000 litres à 65 oC fin de leur donner les propriétés physiques recherchées. Initialement, le bain d’eau chaude était chauffé par une chaudière. Sotrem a eu l’idée de récupérer l’énergie évacuée par la cheminée du four afin de chauffer cette eau. À l’aide d’une installation ingénieuse, qui canalise l’eau du réservoir de trempage vers l’évacuation du four à l’aide d’une pompe, l’eau du bassin est entièrement chauffée sans utiliser la chaudière. Les tuyaux d’acier, où circule l’eau, passent dans la cheminée et servent d’échangeur thermique entre l’eau et les produits de combustions.
Pour évaluer la quantité d’énergie nécessaire au chauffage initial de l’eau du bassin, la formule suivante doit être utilisée :
E = c * V * d * (Ti – Tf)
E : Énergie en Btu
c : Chaleur spécifique de l’eau = 1 Btu/lb °F
V : Volume d’eau du bassin à chauffer en pi3 = 530 pi3
d : densité de l’eau = 62 lb/pi3
Ti : Température initiale de l’eau du bassin = 39 °F
Tf : Température finale de l’eau du bassin = 149 °F
Dans le cas spécifique de Sotrem, 3 633 300 Btu, soit l’équivalent de 101 m3 de gaz naturel sont économisés lors du chauffage initial
de l’eau du bassin. Cela suffit pour combler les pertes en chaleur et l’énergie nécessaire
à chauffer l’apport d’eau fraîche évaporée lors de la trempe.
Finalement, l’implantation de cette mesure a permis à Sotrem de réaliser des économies de 34 000 $ (70 000 m3/an). Grâce à de telles économies, elle a pu rentabiliser les coûts de l’installation à l’intérieur d’une période de six mois. De plus, elle a pu compter sur le programme d’aide à l’implantation de mesures d’efficacité énergétiques de Gaz Métro,
qui offre 0,25 $ par mètre cube économisé.
Daniel Gendron, ing.
Conseiller technique
Groupe DATECH
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