Vapeur et transition énergétique

15 juin 2021

Une chaleur durable est un élément crucial de la transition énergétique. La demande en chaleur de l’industrie flamande représente à elle seule plus de 50 TWh/an, soit plus de 80 % de la demande en énergie totale du secteur industriel. L'industrie a déjà pris des mesures considérables pour améliorer l’efficacité, mais le secteur de la vapeur peut aussi apporter sa contribution à cette évolution.

Les systèmes de vapeur modernes

À l’heure qu'il est, la plupart des chaudières à vapeur industrielles tirent toujours leur énergie de la combustion de combustibles fossiles. Il existe grosso modo deux grands groupes de chaudières à vapeur : les chaudières à tubes d’eau et les chaudières à tubes de fumée. Dans les chaudières à tubes d’eau, l’eau circule à l’intérieur de tubes qui traversent le foyer et le canal de gaz de combustion. Les chaudières à tubes de fumée travaillent en sens inverse : les tubes dans lesquels se trouvent les gaz de combustion traversent un ballon d’eau. En raison de la grande quantité d’eau qu’elles contiennent, les chaudières à tubes de fumée subissent moins de contraintes thermiques et supportent mieux les pics de demande de vapeur. Les chaudières à tubes d’eau sont plus compactes, peuvent supporter une pression élevée et atteignent leur température opérationnelle plus rapidement grâce à l’inertie thermique plus faible. Les chaudières à tubes d'eau conviennent donc parfaitement pour une demande de vapeur constante à haute pression, comme c’est le cas dans les centrales électriques. La vapeur est aussi générée via une cogénération. Dans ce cas, les gaz de combustion viennent d’un moteur de combustion ou d’une turbine à gaz interne utilisé(e) pour produire la vapeur.

Callens stoom expert

S’intéresser au rendement total

« Les installations de vapeur industrielles de nos clients sont souvent de grands consommateurs de gaz naturel ou de fioul, explique Kris Stappers, Sales Director chez Callens. Pour rendre une installation plus durable, nous regardons souvent le rendement total de l’installation. Pour l’améliorer, nous tenons compte du processus de production du client. En fonction de son profil de consommation, nous lui proposons les techniques optimales pour économiser l’énergie. Nous pouvons par exemple lui suggérer de récupérer les condensats, d’ajouter un économiseur, un condenseur ou un refroidisseur intermédiaire et de placer un préchauffeur d’air (Luvo). Toutes ces mesures ont un effet immédiat sur la consommation de combustibles, sans affecter la quantité de vapeur produite. »

« Un économiseur est un échangeur de chaleur placé à la fin du canal de gaz de combustion pour chauffer l’eau d'alimentation de la chaudière. La chaleur résiduelle excédentaire qui est ainsi récupérée des gaz de combustion permet de réaliser des rendements de 95 %. Il faut toutefois veiller à ce que les gaz de combustion ne soient pas refroidis jusqu’au-dessous du point de rosée, car cela peut entraîner de la corrosion. » Callens cherche en outre à réduire la consommation d’eau et la quantité de produits chimiques utilisés. « Pour ce faire, nous envisageons l’intégration d'un dégazeur, d'une installation d’osmose inverse (OI) pour la déminéralisation de l’eau et par l’optimisation du réseau de vapeur. »

Combustibles alternatifs

La volonté de passer à des combustibles alternatifs n’a rien de nouveau. « Au départ, il était surtout question de passer du mazout au gaz naturel. Aujourd'hui, on se tourne de plus en plus vers la biomasse, le biogaz et l’hydrogène. Nous recevons aussi toujours plus de demandes d’électrification de nos installations », indique Kris Stappers. Quant à savoir si une chaudière à biomasse est effectivement neutre en carbone, tout dépend de l’origine de la biomasse.

Points d'attention en cas de changement

Kris souligne que la transition des installations existantes vers un combustible alternatif doit faire l’objet d'un examen approfondi. « En effet, chaque combustible présente des caractéristiques spécifiques. Chacun offre une température de flamme différente et possède des propriétés de rayonnement et des vitesses de flammes propres, ce qui à son tour a une influence sur la charge de la chaudière à vapeur. Nous disposons d’ores et déjà des connaissances nécessaires en interne pour effectuer les simulations requises en fonction du combustible choisi, pour assurer que la transition soit rentable et fiable. Par exemple, nous construisons actuellement une installation à hydrogène de 20 MW pour Vynova, que nous combinerons avec des chaudières à tubes de fumée. Par ailleurs, les cogénérations constituent une des meilleures technologies disponibles pour réduire l’utilisation d’énergie primaire. Les entreprises de production doivent se demander si elles ont besoin de vapeur pour toutes les applications et si la chaleur résiduelle peut être récupérée. Dans leur calcul, elles ne doivent pas seulement s’intéresser à leur demande d’énergie totale, mais aussi à celle de leurs voisins. »

 

[Tiré d'Engineering Netkrant]