Courbes Composites Avancées

Les courbes composites chaudes, froides et globales traditionnelles sont basées uniquement sur les données des courants [92]. Elles n’incluent pas les données sur le réseau installé bien que cette information soit de grande importance pour la rétro-installation. La différence majeure entre les courbes traditionnelles et celles avancées réside en ce que des données sur le réseau sont incluses dans les secondes. Les courbes composites avancées fournissent les informations supplémentaires suivantes [87]:

 Estimation du potentiel d’économie d’énergie de projets économiquement réalisables avant le calcul détaillé de conception.

 Niveaux de température auxquels « la chaleur excédentaire utilisable », c’est-à- dire la chaleur en-dessous du point de pincement et au-dessus de 80°C, peut être extraite et utilisée, par exemple pour l’évaporation de la liqueur noire grâce au système « PIVap » développé dans cet objectif [93 et 94], un procédé de bioraffinage forestier [95 et 96], un parc industriel éco-cyclique, le chauffage ou refroidissement de logements à proximité de l’usine, ou valorisation dans une pompe à chaleur.

Au contraire de la courbe composite globale traditionnelle, les courbes composites avancées sont représentées selon la température réelle. Elles fournissent l’information sur la situation avant rétro-installation, le potentiel de réduction aisément accessible qui résulte d’une réduction de différence de température, la situation initiale des réchauffeurs et refroidisseurs, les températures théoriques hautes et basses de ceux-ci, ainsi que la chaleur excédentaire théorique et réelle [97 et 98].

La méthode utilise quatre courbes composites au-dessus du pincement et quatre en dessous [99]. Seulement la construction des courbes au dessus du pincement est décrite ici; les courbes sous le pincement sont construites de la même façon. Les quatre courbes au-dessus du pincement sont la courbe d’utilité chaude (HUC), la courbe de demande de chaleur théorique (THLC), la courbe de demande de chaleur actuelle (AHLC), et la courbe de demande de chaleur extrême (EHLC). Les courbes en dessous du pincement sont la courbe d’utilité froide (CUC), la courbe de demande de refroidissement théorique (TCLC) la courbe de demande de refroidissement actuelle (ACLC), et la courbe de refroidissement extrême (ECLC). La courbe d’utilité chaude HUC est la courbe

composite des courants d’utilité dans les réchauffeurs existants située à température réelle. La courbe de demande de chaleur actuelle AHLC est la courbe composite correspondant aux courants de procédé chauffés dans les réchauffeurs existants. La courbe EHLC montre la température maximale à laquelle la chaleur des utilités peut être fournie avec la consommation actuelle si les échangeurs internes dans le réseau étaient agencés selon « l’arrangement vertical », c’est-à-dire de façon à minimiser la surface d’échange. Cette courbe correspond à la partie droite de la courbe composite froide ne chevauchant pas la courbe composite chaude. La courbe de demande de chaleur théorique est évaluée de la façon suivante. Les courbes composites chaudes et froides sont déplacées de sorte que la consommation minimale théorique en utilité égale celle actuelle; ceci conduit aux températures de pincement correspondant à la consommation actuelle et à la différence de température d’approche pour la récupération de chaleur (HRATD). Les parties des courbes au-dessus du pincement sont alors séparées de celles en dessous. Au-dessus du pincement, les sources de chaleur sont déplacées vers le bas selon le choix d’une différence de température minimale d’approche dans les échangeurs (EMATD), ex. 5°K; cette valeur doit être inférieure à celle du HRATD [100-104]. Ensuite la cascade de chaleur est évaluée au-dessus du pincement selon la valeur du EMATD afin d’identifier les températures minimales auxquelles les réchauffeurs peuvent être placés. La courbe THLC montre ainsi les températures minimales théoriques des courants froids dans les réchauffeurs si la différence minimale de température dans les échangeurs internes est réduite à la valeur de l’EMATD. Symétriquement, la courbe TCLC montre les températures maximales théoriques des courants chauds dans les refroidisseurs si la différence minimale de température dans les échangeurs internes est réduite à la valeur de l’EMATD. Par conséquent une partie de la demande de refroidissement dans la courbe TCLC peut être couplée avec une partie de la demande de chaleur dans la courbe THLC. Cette quantité de chaleur correspond au potentiel d’économie d’énergie résultant de la réduction de la différence de température entre les courbes composites chaudes et froides du HRATD à l’EMATD.

En résumé les courbes montrent les charges et niveaux de température des utilités de chauffage (HUC) et refroidissement (CUC), les courants de procédé dans les réchauffeurs actuels (AHLC) et refroidisseurs actuels (ACLC), les niveaux de température minimale et maximale des courants de procédé dans les réchauffeurs (THLC et EHLC respectivement), et les niveaux de température minimale et maximale des courants de procédé dans les refroidisseurs (ECLC et TCLC respectivement).

Utilisation des courbes avancées pour identifier les opportunités de retro-installation [105] : 1. Réduire la charge thermique des réchauffeurs placés bas en température et des refroidisseurs placés haut en température est habituellement plus aisé et moins onéreux que modifier les autres réchauffeurs et refroidisseurs parce que la première situation implique moins de modifications et moins d’aire d’échange. Par conséquent le nombre de modifications et l’ajout d’aire d’échange sont souvent plus petits lorsque la courbe AHLC est proche de la courbe THLC et éloignée de la courbe EHLC. La Figure 2-17a montre ainsi que l’économie de α MW est probablement aisée car les réchauffeurs correspondants sont proches du minimum théorique et sont donc plus facilement accessibles. Symétriquement le nombre de modifications et l’ajout d’aire d’échange sont souvent plus petits lorsque la courbe AHLC est proche de la courbe TCLC et éloignée de la courbe ECLC. La Figure 2-17b montre ainsi que l’économie de β MW est probablement aisée car les refroidisseurs correspondants sont proches du maximum théorique et sont donc plus facilement accessibles.

2. Les courbes avancées montrent l’excès de chaleur directement utilisable et potentiellement disponible après modification du réseau selon leurs niveaux réels de la température. La chaleur en excès directement utilisable est représentée par la courbe ACLC; la chaleur en excès disponible après modification est représentée par la courbe TCLC (Figure 2-17b).

Figures 2-17 Courbes composites avancées au-dessus (a) et en dessous (b) du pincement T (oC) Chaleur (MW) HUC EHLC AHLC α THLC T (oC) Chaleur (MW) CU C TCLC ECLC ACLC β (a) (b)