Les méthodes et technologies de valorisation de la chaleur ?· Les échangeurs de chaleur • Les échangeurs…

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  • Les mthodes et technologies de valorisation de la chaleur

    Maroun NEMER

    Le 21 novembre 2017.

    Centre Efficacit nergtique des Systmes (CES) .

    Mines ParisTech

  • Introduction La chaleur est une nergie 5 dimensions (T, t, x, y, z)

    L nergie fatale dsigne toute quantit dexergie dtruite (gnralement par rejet

    dans lenvironnement) afin de permettre le fonctionnement dun processus

    Les technologies de valorisation de la chaleur permettent dune faon gnrique : Dchanger de la chaleur (problmatique dintgration dans les procds) De transformer la chaleur en une forme utile dnergie (convertir)

    Pompage de chaleur Conversion en froid Conversion en lectricit

    De stocker et transporter

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  • Les solutions technologiques La chane de la valorisation de la chaleur, source ADEME.

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  • Intgration des solutions Loptimisation technico-conomique permet de dfinir le niveau dintgration qui prsente une rentabilit conomique

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  • Intgration des solutions Loptimisation technico-conomique permet de dfinir le niveau dintgration qui prsente une rentabilit conomique

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  • Intgration des solutions Loptimisation technico-conomique permet de dfinir le niveau dintgration qui prsente une rentabilit conomique

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  • Les changeurs de chaleur

    Les changeurs sur gaz et liquide Les changeurs contact direct et les changeurs contact indirect

    Problmatique de corrosion prendre en compte

    La compacit et le cot sont des critres dterminants

    Un grand nombre de solutions existe en fonction du fluide et du niveau de temprature

    Les changeurs sur solide Produit solide actuellement refroidi sans valorisation thermique

    (Brames dacier, tuiles, clinker, botes de conserve)

    Les solutions sont spcifiques chaque situation

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  • Les changeurs sur gaz chauds

    Compacit, cots, rsistance mcanique, vieillissement, cyclage thermique.

    Echangeur de prchauffage dair sur fumes de fours gaz 8

  • Les changeurs sur solides

    Exemple rcupration sur des produits solides de la coule continue

    La Coule continue Distribution vers plusieurs brins Vitesse du brin dacier 1.5-1.7 m/min Rouleaux refroidis leau La poudre est verse pour viter laccrochage de lacier

    Dveloppement de bouilleur brame pour la rcupration dnergie contenue dans les brames dacier

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  • Rcupration dnergie sur liquides et gaz

    Echangeurs compacts multi-fluides

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  • Les changeurs sur liquides et gaz

    Rcupration sur fumes de brleur, techniques de fabrication additive

    La fabrication additive ouvre de nouvelles perspectives pour le dveloppement dchangeurs de chaleur

    Echangeur en carbure de Silicium haute temprature

    Cette technique permet la fois le prototypage rapide mais galement la ralisation de pices pour des applications spcifiques

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  • Echangeur polymre, rsistance la corrosion

    Rcupration dnergie sur fumes humides

    Technologie utilise initialement pour la concentration des effluents liquides

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  • Les transformateurs

    Les pompes chaleur Compression mcanique de vapeur Les cycles absorption Les cycles compression vapeur Les cycles jection

    La production de froid

    Les cycles absorption Les cycles jection Les cycles turbocompresseur

    La production dlectricit

    Les cycles de Rankine Les cycles de Kalina Autres technologies (thermolectricit, Stirling, etc.)

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  • Points prendre en compte Placer la rcupration dnergie au plus prs de la source Rcuprer la chaleur rsiduelle Revaloriser grce une pompe chaleur bien intgre au niveau de temprature

    dutilisation

    Actions gnriques Analyses nergtiques et exergtiques des oprations Quantification et comparaison sur nergie primaire et missions de CO2

    Optimisation de lemplacement dune pompe chaleur

    Les transformateurs : Pompage de chaleur compression de vapeur.

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  • Les transformateurs : Pompage de chaleur compression de vapeur

    Technologies disponibles pour des tempratures allant jusqu 90 C

    Dveloppement de nouvelles technologies pour des tempratures plus leves

    Le COP atteignable est de lordre de 5 (DT source / puits de 40 K gnre des COP jusqu 5)

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  • Les transformateurs : Absorption heat transformer.

    Un transformateur de chaleur absorption permet de remonter une partie de la chaleur fatale des niveaux de temprature levs en utilisant des rejets thermiques basses tempratures

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  • Les transformateurs : Absorption heat transformer

    Dautres transformateurs absorption sont dvelopps, ces transformateurs permettent de produire du froid et le pompage de chaleur.

    Des cycles adsorption sont galement dvelopps.

    HEAT TRANSFORMER - COP = 0,4

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  • Transformateurs : Production de froid exemple de cycle jecteur

    Schma du cycle de base Diagramme T-S

    8 paramtres optimiser/calculer

    P mlange, P col

    w , DP

    Puissance condenseur

    Rendement de mlange (hm = f (d col, d ch cste))

    Pincement condenseur

    Puissance bu bouilleur

    Rsultats

    d col buse, D sec cste, D ent, D sort

    Q evap, COP

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  • Transformateurs : Production de froid exemple de cycle jecteur

    4 parties

    i : Buse (tuyre) pour le fluide primaire.

    j : Chambre de mlange pression constante.

    k : Chambre de mlange section constante.

    l : Diffuseur

    w = m2/m1 = 1 / MER

    DP = P2 PL

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  • Transformateurs : Production de froid exemple de cycle jecteur

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  • Transformateurs : Production dlectricit exemple cycle de Rankine organique

    ORC

    ORC sur fumes basses tempratures ( 120 C)

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  • Transformateurs : Production dlectricit exemple cycle de Rankine organique

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    Enertime

    AQylon

    Enogia

  • Conclusions et perspectives

    Ralisation de linventaires prcis des disponibilits et des besoins thermiques

    Dveloppement des technologies faible cot, standardisation des quipements

    Dveloppement de modes dinvestissement innovants,

    Garantir les performances et minimiser les risques lis aux arrts des usines

    Incitation/ rglementation et contraintes sur les missions de polluants

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