Dans le contexte actuel de réduction des émissions de CO2 et de la consommation d'énergie, l'efficacité énergétique est un critère de plus en plus prépondérant dans l'industrie.
La récupération de calories contenues dans les fumées est un moyen de réduire la consommation d’énergie des équipements thermiques, et ainsi de diminuer l’empreinte carbone des industriels qui les utilisent.
Pour les procédés hautes températures (T° > 700°C), les fabricants de brûleurs ont développé des systèmes efficaces permettant d'accroitre de façon non négligeable le rendement des équipements thermiques : Les brûleurs auto-récupérateurs.
La plage de puissance nominal de ce type de brûleur varie de 10 kW à 500 kW.
Applications
Automobile
Autres
Matériaux de construction
Métaux
Sidérurgie
Verre
Autre
Procédés thermiques
Principe de fonctionnement
Le principe de base de cette technologie est le préchauffage de l'air de combustion par une récupération de chaleur sur les fumées, par l’intermédiaire d’un échangeur placé dans le corps du brûleur.
Ce type de brûleur peut être utilisé en chauffage direct des produits à traiter ou placé dans un tube radiant pour un chauffage indirect.
Dans le cas de tubes radiants, ces brûleurs sont utilisés dans deux gammes de température :
- 600-1000°C (avec tube métallique CR-Ni par exemple),
- 1000-1300°C (avec tube Si-SiC ou autre céramique).
La plage de puissance nominal de ce type de brûleur varie de 10 kW à 500 kW.
Les brûleurs auto-récupérateurs présentent des plages de modulation identiques à celles rencontrées sur des brûleurs "traditionnels".
Atouts de la solution
Optimisation de la consommation d'énergie
Le fait d’utiliser la chaleur des fumées pour préchauffer l’air de combustion permet de réduire considérablement les pertes de calories par les fumées, et donc la consommation d’énergie.
Exemple : Considérons un four de traitement thermique fonctionnant à 1000°C, avec un excès d’air de 20 %.
Selon le diagramme suivant, issu de la brochure « Combustibles gazeux et Principes de la combustion », les pertes par les fumées s’élèvent à 53 %/PCI.
La mise en place de brûleurs auto-récupérateurs permet de réduire la température des fumées à 500 °C. Les pertes aux fumées sont alors de 25 %/PCI.
Pas de récupérateur centralisé
L’échangeur air de combustion/fumées est directement intégré au brûleur, et ce, quel que soit le nombre de brûleurs équipant le four.
Cela évite la mise en place d’un récupérateur centralisé, placé sur le conduit de cheminée, impliquant la mise en place de conduits de transport d’air chaud entre ce conduit et le (ou les) brûleur(s) du four.
Equipement éligible aux Certificats d’Economie d’Energie
Financement possible d’une partie de l’équipement grâce aux CEE, sous réserves d’éligibilité de la solution et du site.
Pour des fours, neufs ou existants fonctionnant au gaz naturel et à une température des fumées à la sortie du four supérieure ou égale à 600°C, la mise en place d’un brûleur auto récupérateur permet de bénéficier des Certificats d’Economie d’Energie (Voir ci-dessous).
Installation et Maintenance
Installation et mise en œuvre
Remarque préliminaire : Afin d’éviter le colmatage de l’échangeur, il est conseillé de ne pas utiliser ce type de brûleur sur des procédés dont les produits de combustion sont chargés en poussière ou particules.
Les brûleurs auto-récupérateurs peuvent être soit installés en remplacement de brûleurs "traditionnels" existants, soit intégrés dès la conception d’un nouvel équipement.
En remplacement de brûleurs existants, l'installation implique une modification du circuit d'évacuation des fumées, afin de collecter celles-ci au niveau de chaque brûleur.
Maintenance
Les opérations de maintenance sont généralement définies par les fabricants de brûleurs. Selon les caractéristiques du brûleur (technologie, matériaux de construction, …), la périodicité de ces opérations peut varier.
Si le système est bien utilisé et de construction récente, aucun entretien spécifique n'est à prévoir si ce n'est un contrôle périodique de la combustion fortement conseillé, comme pour tout appareil à combustion.
Coût d’investissement
Le coût d'acquisition d'un brûleur auto-récupérateur nu varie de 100 à 200 €/kW selon qu’il soit implanté sur un four existant, en remplacement de brûleurs traditionnels, ou un nouvel équipement.
Equipement éligible aux Certificats d’Economies d’Energie
La fiche standard CEE IND-UT-118 donne accès à une aide au financement pour ce type de technologie, sous réserve d'éligibilité de la solution et du site.
Les conditions nécessaires pour prétendre au dispositif sont les suivantes :
- Mise en place par un professionnel qualifié
- Température des fumées supérieure ou égale à 600°C
- Préciser la puissance thermique nominale du brûleur et sa nature auto-récupératrice (sans exigence de puissance)
Le montant de cette subvention dépend de trois paramètres :
- la température des fumées,
- le mode de fonctionnement du site,
- la puissance thermique nominale du brûleur.
Ainsi, pour un four d'une puissance nominale de 100 kW, équipé de 4 brûleurs de 25 kW, avec une température de fumées initiale de 900°C et un fonctionnement en 3x8 avec arrêt le weekend, le nombre de kWh cumac serait de : 2 500 x 3 x 100 kW = 750 MWh cumac.
Pour estimer le montant financier correspondant, il suffit de multiplier cette valeur par le prix moyen des CEE. En janvier 2020, le prix moyen étant de 7,75 €/MWh cumac, le montant récupérable est estimé à 5 812 €.
En considérant un coût unitaire d’un brûleur nu de 2500 €, les CEE permettent une économie de plus de 50 %.
Pour consulter le prix actuel du kWh cumac, se rendre sur le site : lien
L’ADEME propose un outil d’estimation des CEE valorisables dans le cadre de projets d’efficacité énergétique : lien
Normes et Réglementations
Normes
- Norme NF EN 746.2 : Équipements thermiques industriels Partie 2 : Prescriptions de sécurité concernant la combustion et la manutention des combustibles
- Norme NF EN 298 : Systèmes automatiques de commande pour brûleurs et appareils utilisant des combustibles gazeux ou liquides
Réglementation
La réglementation relative à ces équipements dépend de la nature du site, et notamment de son classement au titre des Installations Classées pour la Protection de l’Environnement (ICPE). Si l’établissement est classé sous le régime de l’autorisation ou de l’enregistrement, l’arrêté préfectoral spécifie généralement les textes réglementaires applicables. Dans le cas d’un établissement classé sous le régime de la Déclaration, il n’y a pas d’arrêté préfectoral ; le site devra donc se référer aux arrêtés ministériels relatifs à son activité.
Concernant les émissions de polluants, l’arrêté faisant référence est celui du 2 février 1998 modifié relatif aux prélèvements et à la consommation d’eau ainsi qu’aux émissions de toute nature des installations classées pour la protection de l’environnement soumises à autorisation
Proposition d'une liste non exhaustive de fabricants de la solution
Les brûleurs régénératifs sont proposés par plusieurs fabricants :