Chaudière à récupération de chaleur à tubes d'eau

Le choix dépend principalement de la source et de la qualité des gaz.

Une HRSG est généralement plus adaptée lorsque les gaz proviennent de turbines à gaz, de moteurs ou de systèmes dont les gaz sont relativement propres et dont les conditions de fonctionnement sont stables. Elle est courante dans la cogénération, le cycle combiné et la production d’électricité.

Un BRH est généralement plus adapté lorsque les gaz proviennent de processus industriels avec des particules, des composés corrosifs, des charges variables ou un risque d’encrassement, tels que le raffinage, la pétrochimie, les fours de traitement, les unités FCC, le ciment ou le verre.

Chez AITESA, nous ne commençons pas par le nom de l’équipement. Nous analysons le profil du gaz, les besoins en vapeur, l’intégration de l’installation, la perte de charge admissible et les conditions de maintenance pour définir la solution la plus adaptée.

La principale différence réside dans la qualité des gaz et le niveau d’encrassement attendu.

Une HRSG fonctionne avec des gaz plus propres, provenant par exemple de turbines à gaz ou de moteurs. Dans ce cas, la maintenance se concentre sur l’inspection des faisceaux de tubes, le contrôle du circuit eau-vapeur, l’instrumentation, les vannes, les éléments de sécurité, ainsi que sur la disponibilité et la fiabilité opérationnelle du système.

Un BRH est exposé à des gaz de traitement plus complexes, avec des particules, des composés corrosifs, des dépôts ou des conditions variables. La conception doit donc accorder une attention particulière à l’accessibilité, à la propreté des faisceaux de tubes, à la sélection des matériaux, à la corrosion, au contrôle de l’encrassement et à la facilité d’inspection.

Dans les deux cas, la maintenance ne doit pas être traitée après coup, mais comme un critère de conception dès la phase initiale du projet.

C’est possible dans certains cas, mais cela dépend de l’ampleur du projet et du niveau de préparation préalable.

Dans les projets de modernisation ou de revamping, la fenêtre d’arrêt détermine la stratégie d’ingénierie, de fabrication, de préfabrication, d’assemblage et d’intégration de l’usine. Pour réduire les risques, il est important de définir à l’avance les points de connexion, l’espace disponible, la logistique, l’accès, les interférences avec d’autres équipements et les tests nécessaires avant la mise en service.

Lorsque la fenêtre d’indisponibilité est réduite, l’intérêt est d’anticiper au maximum en atelier et d’arriver sur site avec un planning technique clair. Cependant, chaque cas doit être analysé en fonction de l’installation existante et des contraintes opérationnelles de l’usine.

Les salissures sont gérées par la conception, et pas seulement par l’entretien.

Tout d’abord, la composition du gaz, la présence de particules, la température, le régime de fonctionnement et le type de dépôts attendus sont analysés. Ces informations sont utilisées pour définir des aspects tels que la disposition des faisceaux de tubes, les vitesses d’écoulement, les matériaux, l’accès au nettoyage, les systèmes d’inspection et, le cas échéant, des solutions spécifiques pour faciliter le fonctionnement et réduire les temps d’arrêt.

Dans les gaz à forte teneur en particules ou en composants corrosifs, il peut également être nécessaire d’adapter la conception afin de réduire l’accumulation, de prévoir des zones accessibles et de faciliter le nettoyage périodique.

L’objectif est de maintenir le transfert de chaleur, de limiter les pertes de charge et de préserver la disponibilité de l’équipement pendant sa durée de vie.

Une chaudière de récupération exploite l’énergie thermique déjà présente dans les gaz d’échappement ou de traitement. En transformant cette énergie en vapeur utile, elle peut réduire de manière significative la nécessité de produire cette vapeur à l’aide de combustibles supplémentaires.

L’impact réel dépend de chaque installation : température et débit du gaz, heures de fonctionnement, demande de vapeur, pression et température requises, performance du système existant et intégration avec le reste de l’usine.

Par conséquent, l’équipement ne doit pas être évalué isolément. La récupération de chaleur doit être analysée dans le cadre du bilan énergétique global de l’installation, en tenant compte de l’efficacité, de l’OPEX, de la disponibilité, du retour sur investissement et des contraintes opérationnelles.

Pour une première évaluation technique, des données de base sur les gaz et les vapeurs sont généralement nécessaires.

Les données les plus pertinentes sont les suivantes :

• Source de gaz.
• Débit et température du gaz.
• Composition du gaz, présence de particules et corrosivité éventuelle.
• Besoins en vapeur : débit, pression, température et nécessité de vapeur saturée ou surchauffée.
• Régime de fonctionnement : heures de fonctionnement, variabilité de la charge, démarrages et arrêts.
• Contraintes d’installation : espace disponible, perte de charge admissible, accès, maintenance et raccordements existants.
• Réglementation ou spécifications techniques applicables au projet.

Ces informations permettent d’évaluer le type de solution, le champ d’application préliminaire et les données supplémentaires nécessaires pour faire avancer la définition technique.

Avant de définir une chaudière de récupération, il est nécessaire d’examiner les conditions réelles d’intégration de l’usine.

Les problèmes les plus courants sont l’espace disponible, les points de connexion au circuit de gaz, la chute de pression admissible, l’impact sur les équipements en amont, les interfaces avec le système eau-vapeur, l’instrumentation et le contrôle, l’accès pour la maintenance et les fenêtres d’arrêt disponibles.

Dans les projets de modernisation ou de revamping, ces facteurs peuvent être aussi décisifs que le dimensionnement thermique lui-même. Il est donc conseillé de les analyser à un stade précoce, avant que la portée technique de l’équipement ne soit finalisée.

Pas toujours, mais dans les applications industrielles exigeantes, il est courant d’utiliser des tubes à eau.

La configuration à tubes d’eau lui permet de fonctionner à des pressions et des températures plus élevées, de mieux s’adapter à des flux de gaz importants et de répondre à des conditions d’exploitation plus complexes. Il s’agit donc d’une solution courante pour les projets de récupération de chaleur dans les secteurs du raffinage, de la pétrochimie, de la cogénération, de la production d’électricité et d’autres processus industriels.

Le choix final dépend des conditions de gaz, des paramètres de vapeur requis, de l’espace disponible, de la perte de charge admissible, des exigences réglementaires et des besoins en matière d’exploitation et de maintenance.