Brevet FR2779219A1 — publié le 19991203

La présente invention est relative à une installation industrielle du type comprenant une unité industrielle comportant un circuit d'eau de refroidissement, et une tour de refroidissement de l'eau de refroidissement qui sort de l'unité industrielle. Elle s'applique par exemple aux unités sidérurgiques. Certaines unités industrielles nécessitent un circuit d'eau de refroidissement. Cette eau doit ensuite être refroidie, soit pour être rejetée, soit pour être recyclée vers l'unité. L'invention a pour but de valoriser l'énergie thermique contenue dans l'eau de refroidissement. A cet effet, elle a pour objet une installation industrielle du type précité, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre: - un appareil de vaporisation d'au moins un liquide cryogénique, cet appareil comprenant une piscine à eau qui contient un échangeur thermique de vaporisation, et un circuit de réchauffement de l'eau de la piscine et de renvoi dans la piscine de l'eau réchauffée; - un circuit de prérefroidissement de l'eau de refroidissement qui sort de l'unité industrielle et d'envoi de l'eau prérefroidie à la tour de refroidissement; et - un échangeur de chaleur de récupération qui met en relation d'échange thermique le circuit de réchauffement et le circuit de prérefroidissement. L'installation suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou dans toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - le circuit de prérefroidissement véhicule la totalité du débit d'eau de refroidissement sortant de l'unité industrielle; - le circuit de prérefroidissement véhicule une fraction du débit d'eau de refroidissement sortant de l'unité industrielle, le reste de ce débit étant envoyé directement à la tour de refroidissement; - la piscine est équipée d'organes de chauffage d'appoint et/ou d'une alimentation d'eau d'appoint et/ou d'un trop-plein; - l'installation comprend un circuit de renvoi vers l'unité industrielle de l'eau refroidie issue de la tour de refroidissement; - le liquide cryogénique est de l'oxygène liquide ou de l'azote liquide; - la piscine contient plusieurs échangeurs thermiques de vaporisation adaptés pour délivrer des flux gazeux d'un ou plusieurs fluides à des débits et/ou sous des pressions différents; - l'échangeur de chaleur de récupération est un échangeur à plaques brasées; - le gaz issu de la vaporisation est, au moins en partie, envoyé à l'unité industrielle; et - l'unité industrielle est une unité sidérurgique. Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard du dessin annexé, dont la Figure unique représente schématiquement une installation industrielle conforme à l'invention. L'installation représentée au dessin comprend essentiellement une unité industrielle 1, par exemple une aciérie, une piscine 2 de vaporisation d'un fluide cryogénique, qui est de l'azote liquide dans cet exemple, une tour de refroidissement d'eau 3, et un échangeur de chaleur 4 du type indirect à plaques d'aluminium brasées. Comme il est bien connu, un tel échangeur de chaleur est constitué d'un grand nombre de plaques rectangulaires parallèles maintenues espacées par des ondes-entretoises. Ces plaques définissent entre elles de nombreux passages de circulation de fluide de forme générale plate, lesquelles sont fermées sur leur pourtour par des barrettes. Les barrettes sont interrompues de façon à définir pour chaque passage une fenêtre d'entrée et une fenêtre de sortie du fluide considéré, et toutes les fenêtres correspondantes sont alignées et coiffées par une boîte d'entrée/sortie de forme générale semi-cylindrique. L'unité 1 comporte un circuit interne 5 d'eau de refroidissement. Cette eau provient de la cuve 6 de la tour de refroidissement via des conduites 7 équipées d'une pompe 8 et munies à leur entrée, dans la cuve 6, d'une crépine 9. La piscine 2 contient un serpentin 10 de vaporisation d'azote alimenté en azote liquide via une conduite 11 et délivrant via une conduite 12 de l'azote gazeux vers +15 C. Au moins une partie de cet azote gazeux est envoyée à l'unité 1 via une conduite 13 pour y être consommée. L'eau relativement chaude, par exemple à environ C, qui sort du circuit 5 est envoyée via une conduite 14 au bout chaud de l'échangeur 4, qu'elle traverse jusqu'à son bout froid dans des passages 4A de l'échangeur, d'o elle sort au voisinage de 40 C environ. De là, l'eau est envoyée via une conduite 15 à des rampes d'aspersion 16 prévues en tête de la tour de refroidissement. L'eau poursuit son refroidissement jusqu'au voisinage de la température ambiante en descendant le long de cette tour jusqu'à la cuve 6, grâce à un flux d'air atmosphérique fourni par des ventilateurs 17. Simultanément, de l'eau est prélevée au fond de la piscine 2 via une conduite 18 équipée d'une pompe 19, et est introduite au bout froid de l'échangeur 4. Cette eau se réchauffe du bout froid au bout chaud de l'échangeur, dans des passages 4B de celui-ci, par échange de chaleur indirect avec l'eau de refroidissement de l'unité 1 amenée via la conduite 14. Après sa sortie du bout chaud de l'échangeur, l'eau ainsi réchauffée est renvoyée dans la piscine 2 via une conduite 20. Comme représentée schématiquement, la piscine 2 comporte également un couvercle 21 à travers lequel des résistances électriques de secours 22 plongent dans la piscine, une arrivée d'eau d'appoint 23 commandée par un flotteur 24, et un trop-plein 25. L'installation comprend également un ensemble de vannes et de moyens de commande et de régulation, connus en soi, qui permettent d'assurer le bon fonctionnement des circuits de circulation d'eau. Comme on le comprend, grâce à l'échange de chaleur qui se produit en 4, l'énergie calorifique contenue dans l'eau de refroidissement est récupérée, dans la mesure nécessaire, pour apporter à l'eau de la piscine 2 les calories nécessaires à la vaporisation de l'azote dans le serpentin 10. Compte-tenu du fort débit de cette eau de refroidissement, il est possible d'obtenir la vaporisation de débits importants d'azote sans faire fonctionner les résistances 22, lesquelles ne sont utilisées qu'en cas de dysfonctionnement des circuits d'eau. Une économie d'énergie substantielle peut ainsi être obtenue pour la vaporisation de l'azote. De plus, l'eau de refroidissement de l'unité 1 parvient à la tour de refroidissement 3 déjà prérefroidie, de sorte qu'une quantité de chaleur réduite doit être évacuée de cette eau pour la ramener au voisinage de la température ambiante. Une économie d'énergie importante est donc également obtenue pour l'entraînement des ventilateurs 17. En variante, l'eau recueillie dans la cuve 6 peut être rejetée et l'unité 1 être refroidie par une source gratuite d'eau froide telle qu'une rivière. En variante également, comme indiqué en trait mixte en 114 sur le dessin, une fraction seulement du débit d'eau de refroidissement de l'unité 1 peut être envoyée dans la conduite 14, le reste de ce débit étant alors directement envoyé vers les rampes 16 de la tour de refroidissement. La piscine 2, ou plusieurs piscines analogues montées en parallèle, peut ou peuvent contenir plusieurs échangeurs de vaporisation tels que le serpentin 10, afin de fournir plusieurs flux gazeux, à savoir plusieurs flux d'un même gaz à des débits et/ou sous des pressions différentes, et/ou des flux de gaz différents, par exemple d'oxygène et d'azote. REVEND I CATIONS 1 - Installation industrielle, du type comprenant une unité industrielle (1) comportant un circuit (5) d'eau de refroidissement, et une tour (3) de refroidissement de l'eau de refroidissement qui sort de l'unité industrielle, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre: - un appareil de vaporisation d'au moins un liquide cryogénique, cet appareil comprenant une piscine à eau (2) qui contient un échangeur thermique de vaporisation (10), et un circuit (18, 19, 4B, 20) de réchauffement de l'eau de la piscine et de renvoi dans la piscine de l'eau réchauffée; - un circuit (14, 4A, 15) de prérefroidissement d'eau de refroidissement sortant de l'unité industrielle (1) et d'envoi de l'eau prérefroidie à la tour de refroidissement (3); et - un échangeur de chaleur de récupération (4) qui met en relation d'échange thermique le circuit de réchauffement (18, 19, 4B, 20) et le circuit de prérefroidissement (14, 4A, 15). 2 - Installation industrielle suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit de prérefroidissement (14, 4A, 15) véhicule la totalité du débit d'eau de refroidissement sortant de l'unité industrielle (1). 3 - Installation industrielle suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit de prérefroidissement (14, 4A, 15) véhicule une fraction du débit d'eau de refroidissement sortant de l'unité industrielle (1), le reste de ce débit étant envoyé directement à la tour de refroidissement (3). 4 - Installation industrielle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la piscine (2) est équipée d'organes de chauffage d'appoint (22) et/ou d'une alimentation d'eau d'appoint (23) et/ou d'un trop-plein (25). - Installation industrielle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit (7, 8) de renvoi vers l'unité industrielle (1) de l'eau refroidie issue de la tour de refroidissement (3). 6 - Installation industrielle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le liquide cryogénique est de l'oxygène liquide ou de l'azote liquide. 7 - Installation industrielle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la piscine (2) contient plusieurs échangeurs thermiques de vaporisation adaptés pour délivrer des flux gazeux d'un ou plusieurs fluides à des débits et/ou sous des pressions différents. 8 - Installation industrielle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur de récupération (4) est un échangeur à plaques brasées. 9 - Installation industrielle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le gaz issu de la vaporisation est, au moins en partie, envoyé à l'unité industrielle (1). - Installation industrielle suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'unité industrielle (1) est une unité sidérurgique.