Panorama des solutions gaz adaptées aux besoins thermiques de l’industrie


Face aux enjeux de compétitivité, d’efficacité énergétique et de neutralité carbone de l’industrie, les solutions gaz présentent de nombreux atouts. Spécifiques à chaque usage gaz – la production de vapeur ou d’eau chaude, le chauffage, le séchage, la cuisson, la production d’électricité. Elles apportent des réponses fiables, performantes et aisément pilotables. La compatibilité avec les énergies renouvelables améliore leur impact environnemental.

 

La chaufferie vapeur

Les secteurs d'activité

Une grande variété de secteurs industriels fait appel aux chaufferies industrielles pour la production de fluide thermique (vapeur, eau chaude, huile).

  • Industrie de l’agroalimentaire et agriculture
  • Chimie, pharmacie, parapharmacie
  • Plasturgie, travail du bois, caoutchouc
  • Industrie papetière
  • Textile
  • Industrie des métaux
  • Industrie des matériaux et produits minéraux non métallique

Il existe trois types de chaudières vapeur.

Les solutions techniques

Chaudière à tubes de fumée

La chaudière à tubes de fumée est la solution la plus répandue : elle représente 90 % des installations neuves de production de vapeur.

Elle est constituée d’un réservoir cylindrique rempli d’eau, traversé par un tube foyer et des tubes échangeurs (appelés aussi « tubes de fumée »). La vapeur produite, automotrice, est ensuite distribuée vers les usages via un réseau de vapeur.

Elle permet la production de vapeur saturée ou légèrement surchauffée jusqu’à 25 bar.

Chaudière à tubes d’eau

La chaudière à tubes d’eau est constituée d’un grand foyer central, dans lequel se développe la combustion, et de faisceaux de tubes remplis d’eau qui « tapissent » les parois de la chaudière et traversent le foyer verticalement. La vapeur produite peut ensuite être surchauffée, si nécessaire, à travers un nouvel échange avec les fumées.

Les chaudières à tubes d’eau répondent principalement au besoin de vapeur surchauffée (haute pression). Elles peuvent être utilisées pour produire de la vapeur saturée (usage thermique), dans le cas d’un besoin au moins supérieur à 50 t/h (40 MW environ). En deçà, les chaudières à tubes de fumée (détaillées ci-dessus) sont plus appropriées.

Chaudière à vaporisation instantanée

Cette chaudière est composée d’un serpentin dans lequel l’eau d’alimentation circule à contre-courant (en spirale) des produits de combustion produits par un brûleur.

Cette technologie est particulièrement adaptée aux activités ayant des besoins intermittents et répétés de vapeur, inférieurs à 10 t/h.

Les solutions d’amélioration pour gagner en efficacité énergétique

L’économiseur  

La mise en place d’un économiseur sur une chaudière de production de vapeur permet une récupération de la chaleur fatale des produits de combustion avec un gain de l’ordre de 5 points sur le rendement de combustion.

Cet équipement est éligible au dispositif des certificats d’économie d’énergie (CEE) pour des installations de 1 à 20 MW, et au plan de relance.

Les économiseurs peuvent être installés sur des équipements neufs ou en revamping d’installations existantes.

  • En savoir plus sur le principe de fonctionnement, les atouts de cet équipement et le dispositif de CEE.  
  • L’économiseur est éligible au guichet du plan de relance.

Le condenseur

Mis en place en aval d’un économiseur, un condenseur permet de réduire la consommation d’énergie de 10 à 15 %.

Les condenseurs sont bien adaptés à des industries ayant des besoins de vapeur dont le taux de retour condensats est faible (< 40 %) ou dont les quantités d’eau de process à préchauffer sont importantes. Le retour sur investissement sera d’autant plus intéressant que la puissance de la chaudière est élevée (> 5 MW).

Ils peuvent être installés sur des équipements neufs ou en revamping d’installations existantes.

Ces équipements sont éligibles au dispositif des CEE pour des chaudières gaz de puissance inférieure 20 MW, et au plan de relance.

  • Découvrir le principe de fonctionnement, les atouts de cet équipement et le dispositif de CEE
  • Le condenseur est éligible au guichet du plan de relance.

Le brûleur micro-modulant

Les chaudières étant très souvent sollicitées sur une large plage de fonctionnement, les fabricants ont donc développé des brûleurs micro-modulants, capables de fonctionner sur une large plage de modulation, tout en maintenant les performances énergétiques et environnementales.
La mise en place de brûleurs micro-modulants permet d’accroître le rendement de la chaudière de 1 à 2 points par rapport à des brûleurs modulants traditionnels. 

Jusqu’à une puissance de chaudière de 20 MW, la mise en place d’un brûleur micro-modulant permet de bénéficier des CEE et du plan de relance.

  • Voir le principe de fonctionnement, les atouts de cet équipement et le dispositif de CEE
  • Le brûleur micro-modulant est éligible au guichet du plan de relance.

Découvrir toutes les pistes d'économies en chaufferies vapeur industrielles

La consommation énergétique liée à la production de vapeur représente près de la moitié de la consommation totale de gaz dans l’industrie.

Dans un contexte où l’objectif de neutralité carbone s’impose à tous, il est nécessaire de promouvoir les solutions permettant d’augmenter l’efficacité énergétique des chaufferies.
Ces actions de type suivi énergétique /plan de comptage, contrôle du bon fonctionnement des équipements en chaufferie, ou encore limitation des déperditions thermiques permettent de répondre aux enjeux de réduction de la facture énergétique et de l’empreinte environnementale de l’industrie.

Pour aller plus loin

Répondre aux enjeux de réduction de la facture énergétique et de l’empreinte environnementale de l’industrie

Améliorez et maintenez encore la performance de vos installations et de vos process tout en maîtrisant vos coûts

Ils ont choisi le gaz et témoignent

L’entreprise Nigay (Feurs, 42), l’un des leaders mondiaux du caramel a répondu à ses exigences environnementales en remplaçant son ancienne chaudière vapeur fioul..

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Le nouveau site de production de la brasserie artisanale Quentovic, à Montreuil-sur-mer (62) est équipé d’un générateur d’un générateur de vapeur instantanée..

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Dès sa création, la distillerie De La Tour, au cœur du Vignoble charentais, avait fait le choix du gaz naturel pour la chaufferie alimentant en vapeur ses unités de distillation et rectification..

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Le chauffage des liquides

Les secteurs d'activités

  • Industrie de l’agroalimentaire
  • Agriculture (culture, maraîchage, élevage)
  • Industrie des métaux
  • Industrie du textile
  • Industrie de la mécanique

Les solutions techniques

La chaudière

Le principe est celui d’une chaudière à tubes de fumée (faire un lien interne vers le paragraphe « production de vapeur »). La chaudière est constituée d’un réservoir cylindrique rempli d’eau, traversé par un tube foyer et des tubes échangeurs.

Dans le cas d’une chaudière à condensation, il existe trois familles d’équipement :

  • à foyer condenseur,
  • à condenseur intégré,
  • à condenseur externe.

 

Le tube immergé compact (TIC)

Le tube immergé compact (TIC) est une solution décentralisée de chauffage des liquides, fonctionnant au gaz naturel. Placé dans une cuve pour chauffer des bains, ce dispositif simple et compact comporte trois parties :

  • un brûleur alimenté par une ligne air/gaz,
  • une chambre de combustion,
  • un tube échangeur, parcouru par les produits de combustion, qui cèdent ainsi leur chaleur au bain.

Dans sa version standard, le rendement des tubes immergés compacts est de l’ordre de 95 % sur PCI.

Dans le cas d'applications avec boucle d'eau ouverte (bains de teinture, de dégraissage, etc.) ou d'application basse température (< 60 °C), des variantes permettent d'améliorer encore l'efficacité du système en faisant condenser les fumées pour atteindre des rendements allant jusqu'à 105 % sur PCI.

Cette efficacité remarquable ne peut pas être atteinte avec des échangeurs chauffés par un système centralisé, de type vapeur ou eau chaude. Ainsi, les TIC permettent d'économiser 30 % de gaz naturel par rapport à un système centralisé.

 

Découvrir cette technologie
 

L'hydro-accumulateur

Un hydro-accumulateur est une solution décentralisée de chauffage des liquides. Cet équipement performant est bien adapté à la production de grandes quantités d’eau chaude industrielle. Le volume de stockage important est dimensionné pour couvrir les besoins lors de forts soutirages.

L’hydro-accumulateur est une technologie bien maîtrisée qui présente des rendements élevés : de l’ordre de 95 % sur PCI en version standard et de 105 à 110 % sur PCI pour les versions à condensation. 

Il peut se coupler à des solutions EnR (solaire thermique) et de valorisation de chaleur fatale.  

Découvrir cette technologie et les caractéristiques de l’hydro-accumulateur

 

Ils ont choisi le gaz et témoignent

Sur le site de Fécamp de la société Delpierre, l’hydro-accumulateur, déjà utilisé pour le nettoyage et le lavage de l’usine, a été couplé à un condenseur..

En savoir plus

 

Autres solutions

D’autres solutions peuvent être également mises en place ou installées et répondent aux besoins des industriels comme par exemple… 

  • Les brûleurs régénératifs sont adaptés pour des plages de puissance allant de 200 kW à 8 MW. Ils fonctionnent généralement par paire, servant alternativement de brûleur et de cheminée. Ce dispositif accroît de façon non négligeable le rendement des équipements thermiques : par rapport à des systèmes en air froid, l’utilisation de ces brûleurs permet une réduction de 40 à 50 % de la consommation en énergie.
  • Les brûleurs auto-récupérateurs ont une plage de puissance nominale variant de 10 kW à 500 kW.  Ils fonctionnent par préchauffage de l’air de combustion et permettent de réduire la température de fumées à 500 °C. Les pertes aux fumées sont alors réduites à 25 % /PCI.
    • Des dispositifs de soutien et d’aide au financement de ces équipements existent tels que le plan de relance ou les certificats d’économie d’énergie (CEE), sous réserve d’éligibilité de la solution et du site.

      Consultez la fiche standard CEE IND-UT-118.
  • Le séchage est une étape cruciale qui peut se faire de différentes manières : 
    • Directe avec des produits de combustion en contact avec les produits à sécher (utilisation de brûleurs veine d'air radiants). Fonctionnement généralement réservé à la production non alimentaire  
    • Semi-directe, avec introduction dans le séchoir d'air chaud produit en amont (chauffage par un échangeur vapeur). 
    • Indirecte, avec passage des produits de combustion (ou du fluide chaud) dans une duble enveloppe pour un séchage par conduction. 

      Plusieurs technologies existent :
    • Le séchoir rotatif : conjugue séchage et action mécanique de brassage ; 
    • Le séchoir tunnel : le produit à traiter est transporté sur tapis d’une extrémité à l’autre du séchoir ; 
    • Le sécheur à lit fluidisé : permet la fluidisation et le séchage des poudres ; 
    • Le séchoir bithermique : principalement destiné au séchage des grains ; 
    • Le séchage du papier : sécheurs multicylindrique, multi traversant, ou le cylindre de Yankee sont les principaux rencontrés. 

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