R sultat 128 - Ressources naturelles Canada

RÉSULTAT 128
CA 92.011/2B.F06
AIE
OCDE
Récupération de
chaleur dans un
four à cornues
efficacité énergétique
Récupération de chaleur du type
régénératif dans un four à cornues
Résumé
Un four à cornues de l'usine
de réduction et d'extrudage
du magnésium de Timminco
Metals de Haley (Ontario) a
été doté de brûleurs
récupérateurs de chaleur
TWINBED. Ces brûleurs au
gaz naturel récupèrent la
chaleur des gaz de
combustion pour préchauffer
l'air d'admission.
Le processus de récupération
s'accomplit quand les gaz
entrent en contact avec une
masse compacte de
matériaux accumulateurs de
chaleur montée à l'intérieur
de chaque brûleur. Le
fonctionnement en
alternance rapide de chaque
paire de brûleurs permet de
stocker et de récupérer la
chaleur en peu de temps.
Ce procédé efficace réchauffe
l'air de combustion à environ
85 à 95 % de la température
du gaz de combustion,
réduisant ainsi la quantité
de combustible nécessaire
pour chauffer l'air froid à la
température de service du
four.
Faits saillants
• Les brûleurs à
récupération de
chaleur peuvent
remplacer les brûleurs
à air froid de plus
grande puissance.
• La chaleur récupérée
des gaz de combustion
engendre des
économies d'énergie de
38 %.
• Le brûleur est de
petite taille.
Principe de fonctionnement du brûleur TWINBED
Premier cycle
Échappement
Brûleurs
TWINBED
(matériau
accumulateur
de chaleur à
l’intérieur)
Parcours des gaz
de combustion à
l’intérier du four
Cycle suivant
Échappement
Régulateur
du gaz
Robinet
d’air manuel
Régulateur à
raccordement
croisé
Gaz
Plaque de
montage
Robinet
de gaz à
fonctionnement
cyclique
Parcours
du gaz de
combustion
à l’intérier
du four
Soufflante
d’air de
combustion
Centre for the Analysis and Dissemination of Demonstrated Energy Technologies
L’objectif du projet
Ce projet a été mis sur pied pour
déterminer si l'on pouvait
réaliser des économies d'énergie
en installant des brûleurs
récupérateurs de chaleur
TWINBED pour alimenter en
énergie thermique un four à
cornues haute température, et
pour évaluer les possibilités
d'application de cette technique
sur une base plus vaste ailleurs
dans l'usine. L'objectif était de
réduire la consommation de gaz
naturel de 35 à 50 %
comparativement aux brûleurs
classiques, tout en maintenant la
température de flamme requise.
Ces brûleurs préchauffent l'air
de combustion en récupérant
l'énergie des gaz de combustion.
Le principe
Les brûleurs à récupération
d'énergie TWINBED aident à
maintenir élevée la température
de fonctionnement des fours à
gaz. On minimise la
consommation de gaz en
préchauffant l'air de combustion
avec l'énergie calorique extraite
des gaz de combustion chauds.
Le transfert de chaleur s'effectue
dans une masse compacte de
matériaux accumulateurs de
chaleur montée à l'intérieur du
brûleur. Cette masse extrait la
chaleur des gaz de combustion
chauds et l'emmagasine. L'air de
combustion qui passe ensuite à
travers la masse est alors
réchauffé à environ 85 à 95 % de
la température de combustion.
Comme le nom l'indique, les
brûleurs TWINBED sont montés
en paires. Un des brûleurs sert
de cheminée pendant que son
jumeau chauffe. Chaque brûleur
contient un soupape qui
commande l'admission du gaz et
une soupape d'échappement qui
permet l'évacuation des gaz de
combustion. Lorsque le brûleur
fait office de cheminée, la
soupape d'échappement est
ouverte et la soupape
d'admission est fermée. Les gaz
de combustion passent à travers
le matériau accumulateur de
chaleur puis sont mis à l'air
libre. Lorsque le brûleur chauffe,
la position de chaque soupape
est inversée et cette fois c'est
l'air de combustion qui passe à
travers le matériau avant d'être
mélangé au gaz naturel pour être
brûlé. Chaque brûleur
fonctionne en alternance à toutes
les 20 secondes. Pour que les
Principe de fonctionnement du brûleur TWINBED
Cycle suivant
(20 s plus tard)*
Premier cycle
Brûleur 1
Air de
combustion
Combustible
Échappement
Stockage
de la chaleur
Air de
combustion
Combustible
Four
Récupération
de la chaleur
Brûleur 2
Récupération
de la chaleur
Brûleur 1
Four
Brûleur 2
Échappement
Stockage
de la chaleur
* Cycle standard: 20 secondes; des cycles plus long
peuvent être utilisés dans certains cas spéciaux
mécanismes de commande des
soupapes des brûleurs
fonctionnent correctement, il est
important de suivre un
programme d'entretien régulier
et de prendre les mesures
nécessaires pour minimiser
l'accumulation de poussière.
Le procédé de récupération de la
chaleur à partir des gaz de
combustion est très efficace. La
valeur du principe de
fonctionnement des brûleurs
TWINBED et leur longue durée
de vie sont amplement
documentées. Le matériau utilisé
pour le stockage de la chaleur
tolère les très hautes
températures. Les brûleurs
TWINBED peuvent remplacer
directement les brûleurs à air
froid de plus grande puissance.
La situation
Timminco Metals exploite
plusieurs fours à cornues
multiples pour la récupération
du magnésium métallique à
partir de la dolomie. Cette étape
du procédé exige une
température d'environ
1200 °C. Avant l'installation des
brûleurs TWINBED, les fours
étaient munis de brûleurs à
résistances électriques ou de
brûleurs classiques au gaz
naturel sans récupération de
chaleur.
À l'automne de 1986, un des
fours électriques de Timminco a
été converti à un système au gaz
avec récupération de chaleur.
Vingt paires de brûleurs
récupérateurs (de 0,15 MW
chacun) ont été installés et des
modifications ont été apportées
au four (plus grandes cornues,
nouveau matériau d'isolation).
Cette technologie était alors
relativement nouvelle, n'étant
disponible sur le marché que
depuis moins d'un an. On s'est
donc servi de l'installation en
question pour évaluer la
possibilité d'adapter cette
Vue frontale des brûleurs TWINBED
nouvelle technologie à d'autres
fours de l'usine.
La société
Après leur installation, il a fallu
apporter des modifications à la
configuration originale des
brûleurs TWINBED pour
surmonter certaines difficultés
mécaniques engendrées par
l'accumulation de poussière dans
les principaux composants du
brûleur. Ces changements ont
maintenant été incorporés dans
la deuxième génération de
brûleurs TWINBED.
L'usine de production du
magnésium de Haley, propriété
de Timminco Metals, une
division de Timminco Ltd, a été
construite en 1942. Elle est
située à Haley (Ontario) et
emploie 275 personnes.
Timminco Metals y exploite une
mine de dolomie, des fours de
réduction et une usine
d'extrudage. Sa production
annuelle de métaux s'élève à
4000 tonnes de magnésium et à
700 tonnes de calcium. L'usine
est unique en son genre en ce
sens qu'elle produit les deux
métaux et réussit à atteindre un
niveau de pureté exceptionnel
pour l'un et l'autre de ses
produits.
Les brûleurs TWINBED ont
généré des économies de gaz
naturel de l'ordre de 38 %
(31 TJ/an), comparativement
aux autres fours à gaz à cornues
sans récupération de chaleur.
Suite à l'installation de cornues
plus grandes et des nouveaux
brûleurs, la production a
augmenté de 20 % tout en
utilisant moins d'énergie et les
coûts de production ont été
réduits de 9,6 %.
Le système de récupération
TWINBED a été mis au point
par la North American
Manufacturing Co, en
collaboration avec le Gas
Research Institute (GRI). Plus
de 130 systèmes TWINBED ont
été installés partout dans le
monde, au service de l'industrie
de l'acier et de l'aluminium, des
usines de forgeage, des centrales
thermiques et des usines de
fabrication du verre.
Aspects économiques
L'investissement en capital pour
le nouveau système de
combustion de Timminco Metals
s'est élevée à 575 000 $ CAN.
La contribution des différents
organismes gouvernementaux a
été de 120 000 $ CAN. Les
économies d'énergie réalisées
chaque année par l'utilisation des
brûleurs TWINBED s'élève à
110 000 $ CAN. Voir le tableau 1.
Tableau 1 : Investissements et économies (en dollars CAN)
Investisse- Économies
ment total
totales
Investissement de capital
20 paires de brûleurs TWINBED
Installation des brûleurs
Mise en service/
conception/génie/surveillance
300 000
230 000
45 000
575 000
Soutien financier
Ressources Naturelles Canada
60 000
Ministère de l'Énergie de l'Ontario 60 000
Timminco Metals
Corporate Engineering
County Rd. 7
Haley (Ontario)
Canada K0J 1Y0
Téléphone :
+1-613-432-3621
Télécopieur :
+1-613-432-7880
Personne-ressource :
M. R.E. Etienne
Fournisseur
120 000
Investissement net
de Timminco Metals
Organisation
principale
455 000
Économies d'énergie annuelles sur
la consommation de gaz naturel
(à 3,80 $ CAN/GJ)
110 000
Période de récupération : (Investissement total)
(Investissement net)
5,2 ans
4,1 ans
North American
Mfg.(Canada) Inc.
540 Piercey St.
Bolton (Ontario)
Canada L0P 1A0
Téléphone :
+1-416- 857-3337
Télécopieur :
+1-416-857-0304
Personne-ressource :
M. J.W. Domuracki
Si vous désirez d’auters informations, veuillez écrire à l’adresse suivante:
AIE *
OCDE
efficacité énergétique
21, Swentiboldstraat
6137 AE Sittard,
C. P. 17, 6130 AA Sittard,
Pays-Bas
Tél. : 31-46-420-2224
Téléc. : 31-46-451-0389
Adresse électronique : [email protected]
Internet : http://www.caddet-ee.org
* AIE
OCDE
AIE
Schéma de fonctionnement
L’AIE a été mise sur pied en 1974 à l’intérieur
des cadres de l’OCDE dans le but de mettre en
œuvre un programme international d’énergie.
L’objectif principal de l’AIE est de favoriser la
coopération entre les 24 pays participants de
l’organisation afin d’accroître la sécurité des
approvisionnements énergétiques en ayant
recours aux économies d’énergie, au
développement de sources d’énergie de
remplacement, aux nouvelles techniques
énergétiques et à la recherche-développement.
CADDET représente le Centre de l’AIE en
vue de l’analyse et de la diffusion des
techniques énergétiques éprouvées. Le
Programme d’efficacité énergétique
fonctionne actuellement dans 12 pays
membres et la Commission européenne.
On parvient à atteindre cet objectif, en partie
grâce à un programme de technologie
énergétique et de collaboration en matière de
recherche-développement réalisé actuellement
dans le cadre de 40 ententes de mise en œuvre
qui englobent au-delà de 70 projets conjoints
individuels.
La présente réalisation peut désormais être
répétée dans les pays membres du Programme
d’efficacité énergétique de CADDET. Les
parties intéressées à adopter le procédé en
question peuvent s’adresser à l’Équipe
CADDET de leur pays ou aux responsables
du Programme d’efficacité énergétique.
Les démonstrations permettent d’établir des
liens indispensables entre la recherchedéveloppement ou les études pilotes, et les
Cette brochure est imprimée sur du papier entièrement blanchi sans ajout de chlore
Agence internationale de l’énergie
Organisation de coopération et de
développement économiques
divers marchés s’adressant aux utilisateurs.
Les projets en cours et les projets réalisés font,
respectivement, l’objet de publication dans les
catégories «Démonstrations» ou «Résultats»
du Programme de l’efficacité énergétique de
CADDET.
Il est permis de faire des copies de la présente
publication à condition d’en mentionner la
provenance.
Aucun responsable du Programme de
l’efficacité énergétique de CADDET, ni
aucune personne mandatée en son nom :
• ne peut donner de garanties, ni faire
d’assertions, explicites ou implicites,
relativement à l’information contenue dans
la présente publication; ou
• ne peut prendre d’engagements à l’égard de
l’utilisation faite de cette information.
Juin 1999