Solution

Économiseur sur chaudière vapeur

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Tout industriel consommant de la vapeur est sensible aux économies d’énergie. La mise en place d’un économiseur sur une chaudière de production de vapeur permet une récupération de la chaleur fatale des produits de combustion avec un gain de l’ordre de 5 points sur le rendement de combustion.

Eligibles au dispositif des Certificats d’Economie d’Energie (CEE) pour des installations de 1 à 20 MW, les économiseurs peuvent être installés sur des équipements neufs ou en revamping d’installations existantes.

Économiseur sur chaudière vapeur
Économiseur sur chaudière vapeur existante
Économiseur sur chaudière vapeur neuve
Économiseur sur chaudière vapeur neuve
Économiseur
Économiseur

Principe de fonctionnement

Placé en aval de la chaudière sur le circuit des produits de combustion, un économiseur est un échangeur qui permet de récupérer une partie de la chaleur contenue dans les produits de la combustion pour le préchauffage de l’eau d’alimentation du générateur.

Ces équipements sont généralement composés d'une batterie de tubes munis d’ailettes afin d’augmenter le coefficient d'échange. Ils sont placés sur le circuit des fumées entre la chaudière et la cheminée. Sur des équipements neufs, ils peuvent être intégrés au générateur.

L’eau d’alimentation, en provenance de la bâche, circule à contre-courant dans l’échangeur. Les températures des fumées initialement comprises entre 180 et 260 °C, sont ainsi abaissées à une valeur de 110 à 130 °C.

Pour le gaz naturel, chaque réduction de 20°C de la température des produits de combustion accroît le rendement de 1 point. Ainsi, le rendement de combustion passe généralement de 90 à 95%/PCI grâce à l’économiseur.

Schéma du principe de fonctionnement d'un économiseur
Schéma du principe de fonctionnement d'un économiseur

Atouts

  • Le gain énergétique apporté par la mise en place d’un économiseur varie de 4 à 6 pts sur le rendement caractéristique de la chaudière, réduisant ainsi les coûts d’exploitation de la chaufferie.
  • Cette technologie est très mature et préconisée depuis de nombreuses années dans tous les secteurs industriels ayant des besoins de vapeur.

Installation

Sauf cas particuliers, les économiseurs peuvent être installés sur toutes les chaudières d’une puissance minimale de 2 t/h. En deçà de cette valeur, une étude doit être menée pour vérifier l’intérêt économique d’une telle opération.

Installation sur chaudière existante

Sur une chaudière existante, les contraintes d’installation sont liées à différents critères, tels que :

  • Encombrement (ou place disponible en chaufferie)
  • Perte de charge engendrée par la mise en place de l’économiseur
  • Type de combustible utilisé
  • Espace disponible nécessaire aux opérations de réglage et de maintenance

La température d’eau en entrée de l’économiseur doit toujours être supérieure au point de rosée des produits de combustion, variable selon le type de combustible utilisé :

  • 60°C pour le gaz naturel
  • 105°C pour le fioul

Aussi, il peut être préconisé un by-pass côté eau, piloté par une sonde température placée en amont de l’économiseur.

 

Installation sur chaudière neuve

Dans le cas d’une chaudière neuve, l’économiseur est directement intégré au corps de chauffe du générateur.

Coûts d'investissement

Le graphique suivant présente une estimation des coûts d’investissement pour des économiseurs installés sur des chaudières existantes de 6 à 20 t/h.

Ces prix sont donnés pour des installations standards sans la marge des intégrateurs. Les coûts sont très dépendants des caractéristiques de la chaudière, de la place disponible en chaufferie, des travaux de rénovation nécessaires et d’éventuels équipements annexes (régulation, tuyauteries,…).

A noter que pour les chaudières neuves, le coût est réduit. En effet, dans ce cas, l’économiseur est directement intégré au corps de chauffe lors de la construction de la chaudière.

Exemple de coûts d'investissement d'un économiseur sur chaudière vapeur
Exemple de coûts d'investissement d'un économiseur sur chaudière vapeur

Certificats d'Economies d'Energies (CEE)

La fiche IND-UT-104 relative à l’installation d’un économiseur sur les effluents gazeux d’une chaudière de production de vapeur décrit les conditions nécessaires pour la délivrance de CEE ainsi que les kWh cumac qui peuvent être obtenus. Seuls les générateurs de vapeur, d’une puissance inférieure à 20 MW (soit environ 27 t/h), alimentés en gaz naturel et en GPL sont concernés.

Le montant des kWh cumac dépend de la puissance de la chaudière (en kW) et d’un coefficient fixé en fonction du mode de fonctionnement du site industriel.

CEE - méthode de calculs des kWh cumac pour l’installation d’un économiseur sur chaudière vapeur
Tableau de calculs des kWh cumac pour l’installation d’un économiseur sur chaudière vapeur

Ainsi, pour une chaudière vapeur de 5 MW (environ 6,7 t/h), implantée sur un site fonctionnant en mode 3 x 8h avec arrêt week-end, le nombre de kWh cumac est 5 000 kW x 990 = 4 950 MWh cumac.

Pour estimer le montant financier correspondant, il suffit de multiplier cette valeur par le prix moyen des CEE.

En mars 2019, le prix moyen était de 7,67 €/MWh cumac, soit un montant récupérable estimé de l’ordre de 38 k€.

Maintenance

Pour les économiseurs installés sur des chaudières fonctionnant au gaz, il n’y a pas d’opérations de maintenance spécifiques.

Réglementation et normes

Réglementation

Installé en aval d’une chaudière de production de vapeur, un économiseur est un équipement sous pression. De ce fait, il doit être conforme à la législation en vigueur et notamment l’arrêté du 20 novembre 2017 relatif au suivi en service des équipements sous pression et des récipients à pression simples.

 

Normes

Equipements sous pression

La liste des normes harmonisées applicables aux équipements sous pression peut être consultée sur le site de la DGCCRF (Direction Générale de la Concurrence, de la Consommation et de la Répression des fraudes

Normes « Chaudières »

  • Chaudières à tubes de fumée : Norme NF EN 12953
  • Chaudières à tubes d’eau : Norme NF EN 12952

Principaux fabricants

Parmi les fabricants d’économiseurs, on trouve la majorité des fabricants de chaudières, mais aussi des équipementiers et des fournisseurs d’échangeurs et de matériels de chaudronnerie.

Il conviendra de s’assurer que leurs équipements respectent bien les réglementations et normes en vigueur.

Réalisations

Retrouvez sur le site de GRDF des exemples de réalisations de solutions thermiques performantes fonctionnant au gaz naturel.

Voici un exemple d'installation avec mise en place d’un économiseur.

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