Étude de décarbonation chaufferie vapeur

CONTEXTE

Coretec a été sollicité par un site spécialisé dans la réalisation d’aciers spéciaux, pour un projet de décarbonation.

Le site possède une installation de production vapeur comportant 3 chaudières de 10t/h alimentées en gaz naturel qui doivent être remplacées.

Dans ce cadre, le client veut rénover sa chaufferie et limiter son impact environnemental, par l’installation d’une nouvelle chaufferie vapeur permettant de réduire significativement ses émissions directes de CO2.

Le site possède les installations suivantes :

Une alimentation de vapeur vers l’aciérie
3 chaudières 10 t/h
Une bâche dégazage 20m3
Une cheminée d’évacuation
Un post de traitement d’eau
Deux pompes alimentaires
Un système de déverse vapeur par chaudière
Une armoire de gestion des communs

Le rendement de la chaufferie actuelle est plutôt faible (de l’ordre de 67%) du fait de :

Un traitement d’eau peu performant qui induit un taux de purge élevé
L’absence de retour condensats qui implique une autoconsommation de vapeur importante pour le réchauffage de la bâche alimentaire
Des économiseurs qui ne sont plus en état donc by-passé
Une consommation process par batch et un temps de maintien en température des chaudières de 75% du temps environ ce qui consomme du gaz pour compenser les déperditions thermiques

Actuellement, les émissions de CO2 de la chaufferie vapeur sont de 6 700 tonnes par an.

Objectif du client :

Rénover et décarboner les consommations énergétiques de de la chaufferie vapeur en étudiant toutes les solutions possibles.

Notre mission :

Réaliser l’étude pour permettre de planifier la décarbonation ainsi que la rénovation de la chaufferie vapeur pour rénover la chaufferie vapeur, l’optimiser et atteindre ses objectifs de réduction d’émission de carbone :

Étudier les différentes solutions et opportunités pour rénover, optimiser et réduire l’empreinte carbone de la production vapeur
Comparer les différentes solutions sur différents critères : CAPEX, OPEX avec projection des coûts énergétique sur 20 ans, émissions de CO2, aides et subventions potentielles.

ZOOM SUR LA PRESTATION EFFECTUEE PAR CORETEC

Solution de décarbonation des consommations énergétiques

Plusieurs technologies matures existent sur le marché pour arriver à décarboner une production de vapeur.

L’optimisation de la chaufferie actuelle en augmentant son rendement global.
L’utilisation d’une énergie bas carbone pour la production de vapeur :

Électricité du réseau français avec émission de 57 g/kWh
Biomasse avec une émission moyenne de 14g/kWh

*nota : le gaz naturel émet 202 g/kWh.

3 solutions ont été étudiées pour maximiser la décarbonation tout en maitrisant les coûts OPEX et CAPEX :

Solution n°1 : Chaufferie gaz optimisée : 3x 9,5 t/h au gaz naturel + accumulateur vapeur
Solution n°2 : Chaufferie hybride : 1×11 t/h électrique + 2x 9,5 t/h gaz avec la priorité d’engagement de la chaudière électrique
Solution n°3 : Chaufferie tri-énergie : 3 t/h biomasse avec accumulateur + 1x8t/h électrique + 2 x 9,5 t/h gaz naturel

Solution 1 : Chaufferie gaz optimisée

Rénovation de la chaufferie vapeur actuelle permettant d’améliorer le rendement et donc de diminuer la consommation de gaz naturel et les émissions de CO2.

Le projet consiste en l’installation de 3 chaudières vapeur neuves.

Nous avons proposé différentes améliorations par rapport à la chaufferie existante :

L’ajout d’un accumulateur de vapeur permet de lisser la pointe de vapeur et les appels de vapeur. L’accumulateur de vapeur permet une montée en charge plus progressive des chaudières de 12,5% de charge/min au lieu de 25%/min.
L’installation de brûleurs avec une fonction bouillotte permet de prolonger la durée de vie des chaudières et de diminuer les pertes liées au balayage d’air à chaque démarrage.
L’installation d’économiseurs à condensation sur les fumées pour le préchauffage de l’eau d’appoint permet d’économiser la vapeur de réchauffage et de bénéficier d’un gain énergétique de 8%. (100% eau neuve)
Le traitement d’eau peut être optimisé par l’ajout d’un osmoseur limitant l’apport de minéralité en chaudière et donc le taux de purge.

La chaufferie vapeur gaz naturel en quelques chiffres :

Solution 2 : Chaufferie vapeur hybride électrique/gaz

Mise en place d’une chaudière vapeur électrique de 11 t/h ainsi que 2 chaudières gaz naturel de 9,5 t/h.

Cette solution consiste à mettre en place une chaudière électrique de 11 t/h ainsi que 2 chaudières gaz de 9,5 t/h. La chaudière électrique sera de technologie « électrode » ce qui permettra de l’alimenter directement en HTA sans passer par un poste de transformation.

Ce type de chaudière a l’avantage d’avoir une montée en charge très rapide (0/100 % en 1min).

Les deux chaudières gaz naturel neuves intègrent les optimisations énergétiques : économiseur, économiseur à condensation, brûleur bouillotte.

La chaufferie vapeur hybride électrique + gaz naturel en quelques chiffres :

Solution 3 : Chaufferie vapeur tri-énergie (biomasse/électricité/gaz naturel)

Installation d’une chaudière vapeur électrique en complément d’une chaudière gaz naturel dans la chaufferie existante et d’une chaufferie biomasse dans un autre bâtiment dédié. Cette solution permet de limiter les émissions de CO2 et le taux de couverture de solutions décarbonées.

Cette solution est similaire à la 2^ème, avec le complément de la chaufferie biomasse :

Débit chaudière biomasse : 3t/h
Débit chaudière électrique : 8t/h
Débit 2 chaudières gaz naturel : 19 t/h (9.5t/h x2)

L’ajout d’un accumulateur vapeur est indispensable afin de maintenir la chaudière vapeur biomasse en fonctionnement et absorber l’excédent de vapeur en période de non-consommation process.

Du fait du fonctionnement intermittent du process client, ceci est un point de vigilance à prendre en compte dans le cadre de cette solution (maintenance préventive, fréquence des réparations, protocole d’arrêt).

Cette solution donne droit potentiellement à une subvention dans le cadre de l’appel à projet BCIAT (Biomasse Chaleur Industrie Agriculture et Tertiaire), qui concerne, ici, la mise en place d’une chaufferie biomasse. (Environ 30% du Capex)