La chaleur perdue est la chaleur qui se dégage d’un procédé à une température supérieure à celle de l’air de la fonderie.

Un simple examen visuel révèle bien des sources de chaleur perdue : dans l’échappement du four de fusion, le réchauffage de la poche de coulée, la cuisson des noyaux, la coulée, la projection, le refroidissement des produits moulés, le traitement thermique, la trempe, l’évacuation des ventilateurs, etc. Pour utiliser la chaleur perdue de façon rentable à un niveau de température voulu, sa température doit être élevée au moyen d’appareils convenables. Beaucoup de possibilités de récupération thermique dans l’industrie des fonderies ne sont pas encore utilisées. Il s’agit d’un sujet complexe, et il vaut mieux faire appel aux conseils d’un expert compétent. L’instabilité actuelle de notre conjoncture, en particulier concernant la hausse des prix de l’énergie, devrait faire de la récupération de la chaleur perdue un sujet intéressant à examiner. En voici les étapes :

• Effectuez un bilan thermique : comparez la demande de chaleur et l’offre potentielle de chaleur perdue;
• Évaluez le degré de facilité pour accéder à la chaleur perdue, et la distance en cause pour l’amener au point d’utilisation;
• Évaluez le type, le contenu thermique et l’état des sources de chaleur perdue;
• Déterminez le degré de mise à niveau technique requise;
• Dressez une brève liste des options d’appareils ou de procédés;
• Exécutez des évaluations économiques pour choisir la solution optimale.

Voici les principaux composants d’un système de récupération thermique :

• La source de chaleur perdue : les hottes d’évacuation, les conduits de four ou l’eau chaude provenant du refroidissement du four;
• L’échangeur de chaleur; en cas de températures élevées d’évacuation, on peut recourir à une chaudière de chaleur perdue. Note : il faudrait alors utiliser un système d’alimentation d’eau;
• Un système de distribution de la chaleur;
• Un récepteur thermique, si l’on utilise une chaudière de chaleur perdue, une turbine à vapeur accompagnée d’une génératrice (ou d’un compresseur d’air) et d’un condensateur, de l’air de ventilation, de l’air de combustion, un réchauffeur d’étuve de séchage des matières premières, etc.

Une vaste gamme d’appareils de récupération de chaleur est offerte. Les gaz résiduels sont les sources de chaleur perdue ayant les températures les plus élevées, provenant des fours de fusion et de traitement thermique. La chaleur perdue provenant des fours de traitement est la source de température la plus stable, la plus propre, sans particules ou agents de corrosion. Les autres sources de chaleur perdue à température élevée comprennent la coulée et la cuisson des noyaux, mais la nature intermittente de la production de chaleur perdue, ou les circuits relativement restreints sont difficilement rentables.

Voici d’autres sources de chaleur perdue dans une fonderie :

• Les dépoussiéreurs de four;
• Les fours à réverbère;
• L’eau de refroidissement;
• Les tambours de refroidissement du sable;
• La combustion des modèles de moulage (voir mousse perdue, p. 73);
• Les réchauffeurs de four à induction;
• Le four de fusion de cuivre;
• L’eau de traitement;
• Les démarrages et les fermetures de cubilot.

Les possibilités d’utilisation de la chaleur perdue comprennent :

Nous avons déjà démontré la rentabilité de ce procédé. Même après avoir réchauffé l’air de combustion, il peut rester suffisamment d’énergie thermique résiduelle à utiliser de façon économique pour une autre application, p. ex., fournir de la chaleur aux bâtiments ou de la chaleur de traitement à basse température. L’extraction de la chaleur provenant des gaz de combustion du four s’effectue habituellement dans un récupérateur. Les nombreux types disponibles sur le marché utilisent des variantes de trois types fondamentaux : l’écoulement à contre-courant, l’écoulement parallèle ou l’écoulement transversal. On peut ainsi récupérer environ 65 p. 100 de la chaleur perdue.

Réchauffement des gaz de traitement
Cela peut s’appliquer aux fours de traitement thermique qui utilisent des atmosphères protectrices de même que pour le four lui-même et ce, afin de réchauffer les gaz de combustion et générer des économies de gaz naturel très intéressantes. Les échangeurs thermiques gaz-gaz de bien des configurations servent à cette fin.

Réchauffement des matières premières et des pièces
Dans le cas des matières premières qui entrent dans le processus, accompagnées possiblement d’eau et d’huiles contaminées, le réchauffement contribue à éliminer l’humidité et les huiles et à augmenter la température des matières premières pour la fusion, ce qui permet d’économiser l’énergie requise pour ce faire.

De même, la charge thermique requise dans le traitement thermique des pièces est réduite par le réchauffage.

N’importe quel fluide chaud dans une fonderie peut servir de source de chaleur en recourant à des échangeurs de chaleur liquide-liquide ou liquide-air.

Envisagez l’utilisation d’échangeurs de chaleur à chemise d’eau provenant de sources telles les fours à arc électrique ou les cubilots. La chaleur récupérée pourrait fournir de l’eau chaude sanitaire et le chauffage des locaux par le biais d’eau chaude circulée dans des radiateurs à serpentin. De plus, dans les cubilots, la récupération de l’eau chaude réduirait la nécessité du refroidissement par évaporation et l’épuration des gaz, ce qui amènerait d’autres économies d’énergie considérables.

La documentation regorge de modèles de réussite faisant intervenir l’utilisation de la chaleur perdue de façon imaginative et novatrice, modèles qui vont des applications de l’eau sanitaire à l’aquaculture.

Voici certaines des utilisations :

• Le chauffage des locaux;
• Le séchage complémentaire des revêtements d’enduit réfractaire;
• Le chauffage d’appoint par ventilation;
• L’eau chaude;
• Le refroidissement des procédés;
• Le refroidissement par absorption dans le cas de la climatisation.

Autres PGE
Périodique

• Repérez et éliminez autant de sources de chaleur perdue que possible.
• Réduisez la température de la chaleur perdue.
• Effectuez de l’entretien préventif à intervalles réguliers dans les systèmes de la fonderie.
• Ayez un programme d’échantillonnage des instruments de surveillance et de mesure.

À faible coût

• Songez en priorité à réinjecter la chaleur récupérée dans l’activité qui l’a produite vu que de tels systèmes utilisent habituellement moins de contrôle et sont moins coûteux à installer.
• Améliorez les contrôles opérationnels.
• Réutilisez l’air chaud d’évacuation pour le réchauffage et le séchage des matières premières.
• Si les compresseurs d’air sont refroidis à l’eau, cherchez des moyens de récupérer la chaleur de l’eau de refroidissement ou de recycler l’eau en l’utilisant ailleurs. À ce sujet, beaucoup d’entreprises signalent des dispositifs de récupération de chaleur réussis et rentables, p. ex., les compresseurs à vis.
• Utilisez la chaleur récupérée des compresseurs d’air pour réchauffer l’air d’appoint de ventilation.
• Utilisez la chaleur récupérée des fours de fusion pour réchauffer l’air de ventilation d’arrivée (ou l’air de combustion, s’il s’agit de fours à gaz naturel).
• Utilisez la chaleur provenant de l’échangeur thermique pour refroidir le four afin de chauffer les bâtiments de la fonderie (installez l’échangeur à l’intérieur).
• Utilisez la chaleur perdue provenant de l’air filtré propre des dépoussiéreurs comme air d’appoint chauffé. Assurez-vous que vous disposez des commandes appropriées pour assurer l’intégrité des filtres et des dépoussiéreurs à sacs filtrants, et que l’air ne comporte aucun composant toxique.
• Si vous disposez d’une source de chaleur perdue de haute qualité (c.-à-d. avec un différentiel de température élevée), et que l’endroit éventuel pour son utilisation soit situé à une certaine distance, songez à transférer la chaleur à un liquide qui pourrait être pompée à destination facilement.
• Songez à stocker la chaleur perdue dans un liquide ou des sels fondus s’il y a un retard avant son utilisation.
• Envisagez d’utiliser la chaleur perdue pour alimenter les dispositifs de conditionnement de l’air.

Par réfection;à coût élevé

• Envisagez l’achat de la nouvelle pompe à chaleur hybride (absorption/compression), développée récemment par l’Institut de technologie de l’énergie de Norvège, pour porter la chaleur perdue de 50 °C à une température de 100 à 115 °C. La pompe à chaleur peut à la fois produire de la chaleur (bien au-delà de 100 °C) et du froid surtout pour les applications de conditionnement de l’air. Il s’agit d’un aspect important pour les systèmes de ventilation d’une fonderie.
• Pour récupérer l’énergie des gaz de combustion à haute température contenant de la poussière et des particules (p. ex., d’un four à cubilot), songez à utiliser une chaudière à tube de gaz perdu ou une chaudière à tubes d’eau pour récupérer la chaleur perdue. C’est une technologie qui a été développée récemment par l’Association norvégienne des utilisateurs et fournisseurs d’énergie.
• Dans les fonderies de galvanisation, songez à récupérer la chaleur perdue à partir des gaz de combustion du bain de zinc en réchauffant la morsure et les bains de dégraissage, de même que le séchoir.
• Toujours dans les fonderies de galvanisation, songez à doter le four à atmosphère réductrice de prétraitement (avec ses sections de réchauffage, d’incandescence et de refroidissement) de brûleurs à gaz à dispositifs intégrés de récupération de chaleur. Les éléments par rayonnement sont équipés d’échangeurs de chaleur dans lesquels l’air de combustion est réchauffé par les propres gaz d’échappement de l’élément.
• Songez à remplacer les tours de refroidissement par un transformateur thermique qui élève la température de la chaleur perdue au niveau requis afin de produire de la vapeur saturée. Au stade suivant, une chaudière existante peut surchauffer la vapeur afin d’empêcher la condensation dans le système de distribution, et augmenter la quantité de vapeur. C’est le cas notamment de l’équipement du fabricant finlandais Rinheat-Ahlstrom.
• Envisagez de convertir la chaleur des gaz de combustion à haute température provenant des fours de fusion et d’attente en vapeur surchauffée pour la production de courant électrique par turbine à vapeur.

Complément d’information : À l’exception d’un certain nombre de monographies courantes, il existe un manuel technique complet intitulé Récupération de la chaleur perdue (M91-6/20F) disponible auprès de RNCan (tél. : 613 947-6814). Il offre un bon aperçu du sujet. D’autres monographies de la Série de la gestion de l’énergie sont énumérées à l’appendice 5.7.
 

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