Brevet FR2911912A1 — publié le 20080801

La présente invention concerne un procédé d'optimisation énergétique d'un site de production d'énergie électrique et de chaleur. Les grands sites industriels utilisent les commodités de base que sont, d'une part, l'énergie mécanique ou électrique et, d'autre part, la vapeur ou l'eau chaude. Sur de nombreux sites, ces commodités sont produites sur place dans des unités voisines de cogénération et de production de vapeur ou d'eau chaude. Un but de la présente invention est de proposer l'intégration d'un train de cogénération avec chaudière de récupération de chaleur et d'une unité de production de vapeur voisine de manière à optimiser le rendement énergétique global des deux unités. Dans ce but, l'invention concerne un procédé de production d'énergie, de chaleur et de vapeur d'eau mettant en oeuvre : - une unité de cogénération comprenant : . une turbine à gaz produisant de l'énergie et des gaz de combustion, et . une unité de récupération de chaleur alimentée en eau et mettant en oeuvre le chauffage de ladite eau par récupération de la chaleur des gaz de combustion de la turbine à gaz, - une unité de production de vapeur mettant en oeuvre le chauffage d'eau par combustion d'un combustible et d'air, et dans lequel l'air de l'unité de production de vapeur est préchauffé au moins en partie par échange de chaleur avec l'eau qui alimente l'unité de récupération de chaleur de l'unité de cogénération. L'invention concerne donc un procédé mis en oeuvre sur un site industriel comprenant à la fois une unité de cogénération et une unité de production de vapeur. L'unité de cogénération comprend une turbine à gaz produisant de l'énergie mécanique ou électrique par détente de gaz de combustion. La chaleur de ces gaz de combustion est récupérée dans une unité de récupération de chaleur destinée à produire de la vapeur d'eau ou de l'eau chaude. Cette unité de récupération de chaleur est généralement une chaudière dans laquelle la chaleur des gaz de combustion de la turbine à gaz chauffe l'eau introduite dans la chaudière. Les gaz de combustion de la turbine peuvent également être utilisés comme comburant s'ils contiennent encore de l'oxygène et si un combustible est introduit dans l'unité de récupération de chaleur ; on parle alors de post-combustion. Généralement, l'unité de récupération de chaleur est alimentée par une eau déjà chaude ; par "eau chaude", on entend une eau présentant une température d'au moins 105 C. L'unité de production de vapeur est habituellement une chaudière dans laquelle un combustible est brûlé en présence d'air pour dégager de la chaleur. Cette chaleur chauffe de l'eau jusqu'à obtenir de la vapeur. Selon l'invention, l'air introduit dans la chaudière de l'unité de production de vapeur est chauffé préalablement à son introduction dans la chaudière par échange de chaleur avec l'eau destinée à alimenter l'unité de récupération de chaleur de l'unité de cogénération. De préférence, la température de l'eau de l'unité de récupération de chaleur de l'unité de cogénération est supérieure d'au moins 20 C, encore plus préférentiellement d'au moins 30 C, voire d'au moins 50 C, à celle de l'air de l'unité de production de vapeur à préchauffer. L'invention peut être mise en oeuvre avec les préférences suivantes : -l'eau qui alimente l'unité de récupération de chaleur est chauffée par de la vapeur d'eau. - l'eau qui alimente l'unité de récupération de chaleur est chauffée par de la vapeur d'eau dérivée de la vapeur produite par l'unité de production de vapeur et/ou par l'unité de récupération de chaleur de l'unité de cogénération, avantageusement par de la vapeur de basse pression produite par ces unités. - l'eau qui alimente l'unité de récupération de chaleur est chauffée par de la vapeur d'eau au moyen d'un dégazeur, - l'eau qui alimente l'unité de récupération de chaleur est chauffée au moyen d'un dégazeur par de la vapeur d'eau dérivée de l'unité de production de vapeur d'eau et/ou de l'unité de récupération de chaleur de l'unité de cogénération. Le dégazeur permet de mettre en contact l'eau à préchauffer avec de la vapeur d'eau de manière à préchauffer l'eau et simultanément éliminer l'oxygène dissous dans cette eau. - l'air introduit dans l'unité de production de vapeur est également chauffé en partie par échange de chaleur avec de la vapeur d'eau produite par ladite unité de production de vapeur et/ou par l'unité de récupération de chaleur de l'unité de cogénération. De préférence, l'air est chauffé au moyen de vapeur de basse ou moyenne pression. Il est également préférable que ce chauffage de l'air qui alimente la chaudière de l'unité de production de vapeur par de la vapeur soit réalisé après que l'air de l'unité de production de vapeur ait été préchauffé par échange de chaleur avec l'eau qui alimente l'unité de récupération de chaleur de l'unité de cogénération. L'invention est illustrée par la figure 1. Le site industriel illustré comprend une unité de cogénération A et une unité de production de vapeur B. Dans l'unité de cogénération A, la turbine à gaz 1 est alimentée par un combustible 2. Elle produit de l'énergie mécanique ou électrique 3 et des fumées de combustion chaudes 4. Ces fumées de combustion 4 sont introduites dans une unité de récupération de chaleur 5 pour valoriser leurs calories. L'unité de récupération de chaleur 5 est alimentée par de l'eau 6, cette eau est chauffée par combustion d'un combustible 7 et de l'oxygène restant dans les fumées de combustion 4. Cette unité de récupération de chaleur 5 produit de la vapeur 8. L'eau 6 est obtenue par chauffage d'eau froide 16 dans un dégazeur 14 alimenté en vapeur d'eau 15. L'unité de production de vapeur B comprend une chaudière 9 pour chauffer de l'eau 12 par combustion d'un combustible 11 avec de l'air 10. La chaudière 9 produit de la vapeur 13. L'air 10 est préalablement chauffé par échange de chaleur avec l'eau 6 de l'unité de récupération de chaleur 5, puis par échange de chaleur avec de la vapeur d'eau 17. Les vapeurs d'eau 15 et 17 utilisées pour le chauffage de l'eau 16 de l'unité de récupération de chaleur 5 et de l'air 10 de la chaudière sont de préférence des vapeurs de basse ou moyenne pression dérivées des vapeurs haute pression 8 et 13 produites par l'unité de récupération de chaleur 5 et par la chaudière 9. Le procédé selon l'invention permet de réduire la consommation de vapeur d'eau nécessaire au chauffage de l'air de la chaudière de production de vapeur en récupérant la chaleur de l'eau destinée à alimenter l'unité de récupération de chaleur. Simultanément, il n'a été observé qu'une très légère baisse de production de vapeur par l'unité de récupération de chaleur. Globalement, le procédé selon l'invention a permis de faire l'économie de 10 % de la vapeur utilisée pour le procédé de l'art antérieur sans échange de chaleur entre l'air de l'unité de production de vapeur et l'eau qui alimente l'unité de récupération de chaleur de l'unité de cogénération. L'invention a été mise en oeuvre sur un site industriel reproduisant le schéma de la figure 1. La température de l'eau destinée à être introduite dans l'unité de récupération de chaleur était de 148 C et la température de l'air destiné à être introduit dans l'unité de production de vapeur était de 10 C. Un échange de chaleur entre ces deux fluides a été mis en oeuvre de manière à amener la température de l'eau destinée à être introduite dans l'unité de récupération de chaleur à 68 C. Du fait du préchauffage de l'air destiné à être introduit dans l'unité de production de vapeur, il a été possible d'économiser 10 t/h de vapeur d'eau de 4 bar de pression pour le chauffage de cet air. En contrepartie, l'unité de récupération de chaleur de l'unité de cogénération a baissé sa production de vapeur d'eau à haute pression seulement de 69,7 t/h à 69 t/h.30 REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'énergie, de chaleur et de vapeur d'eau mettant en oeuvre : - une unité de cogénération (A) comprenant : . une turbine à gaz (1) produisant de l'énergie (3) et des gaz de combustion (4), et . une unité de récupération de chaleur (5) alimentée en eau (6) et mettant en oeuvre le chauffage de ladite eau (6) par récupération de la chaleur des gaz de combustion (4) de la turbine à gaz, - une unité de production de vapeur (B) mettant en oeuvre le chauffage d'eau (12) par 10 combustion d'un combustible (11) et d'air (10), et dans lequel l'air (10) de l'unité de production de vapeur (B) est préchauffé au moins en partie par échange de chaleur avec l'eau (6) qui alimente l'unité de récupération de chaleur (5) de l'unité de cogénération (A). 15 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la température de l'eau (6) de l'unité de récupération de chaleur (5) de l'unité de cogénération (A) est supérieure d'au moins 20 C à celle de l'air (10) de l'unité de production de vapeur (B) à préchauffer. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la température de l'eau (6) 20 de l'unité de récupération de chaleur (5) de l'unité de cogénération (A) est supérieure d'au moins 30 C à celle de l'air (10) de l'unité de production de vapeur (B) à préchauffer. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'eau (6) qui alimente l'unité de récupération de chaleur (5) est chauffée par de la vapeur d'eau (15). 5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'eau (6) qui alimente l'unité de récupération de chaleur est chauffée par de la vapeur d'eau (15) dérivée de la vapeur d'eau (13, 8) produite par l'unité de production de vapeur (B) et/ou par l'unité de récupération de chaleur (5) de l'unité de cogénération (A). 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'eau (6) qui alimente l'unité de récupération de chaleur (5) est chauffée au moyen d'un dégazeur (14) par de la vapeur d'eau (15). 35 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'air (10) qui alimente la chaudière (9) de l'unité de production de vapeur (B) est chauffé en partie par 25 30échange de chaleur avec de la vapeur (17) produite par ladite unité de production de vapeur (B) et/ou par l'unité de récupération de chaleur (5) de l'unité de cogénération (A). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le chauffage de l'air (10) qui alimente la chaudière (9) de l'unité de production de vapeur (B) par de la vapeur est réalisé après que l'air (10) de l'unité de production de vapeur (B) ait été préchauffé par échange de chaleur avec l'eau (6) qui alimente l'unité de récupération de chaleur (5) de l'unité de cogénération (A).10