Système de récupération de chaleur résiduelle ORC pour une usine d’engrais

Date de sortie :

2026-04-24

La production industrielle génère des quantités importantes de chaleur résiduelle de moyenne et basse température. Le traitement conventionnel consiste généralement en un refroidissement direct et un rejet, ce qui non seulement entraîne un gaspillage d’énergie et accroît les coûts d’exploitation des systèmes d’eau de refroidissement, mais va également à l’encontre des tendances actuelles en matière de conservation de l’énergie, de réduction des émissions de carbone et de fabrication écologique. Le système de production d’électricité par récupération de chaleur résiduelle à cycle organique de Rankine (ORC) de Terui permet une utilisation efficace des ressources de chaleur résiduelle et la production d’électricité sur site.

I. Contexte du projet et points critiques
 
La production d’engrais est un secteur très gourmand en énergie, qui génère des quantités importantes de chaleur résiduelle de moyenne et basse qualité, à haute température, au cours du processus de fabrication. Les méthodes de traitement conventionnelles reposent généralement sur un refroidissement direct suivi d’un rejet, ce qui entraîne non seulement des pertes énergétiques significatives et une hausse des coûts d’exploitation des systèmes d’eau de refroidissement, mais ne s’inscrit pas non plus dans la dynamique actuelle de conservation de l’énergie, de réduction des émissions de carbone et de production écologique au sein de l’industrie. Afin de remédier au faible taux d’utilisation de cette chaleur résiduelle à haute température, une usine d’engrais située à Xinxiang, dans la province du Henan, a mis en œuvre un système de production d’électricité par récupération de chaleur résiduelle basé sur le cycle organique de Rankine (ORC), permettant ainsi une valorisation efficace des ressources de chaleur fatale et la production locale d’électricité.
Système de récupération de chaleur résiduelle ORC
 
II. Paramètres fondamentaux du projet et configuration du système
 
(1) Conditions de la source de chaleur
 
  • Moyen de chauffage : eau chaude à haute température produite au cours du processus de fabrication.
  • Débit d’eau chaude : 300 t/h
  • Températures de l’eau d’entrée et de sortie : 143 °C / 120 °C
  • Puissance installée : 2 × 900 kW (configuration à deux unités, puissance totale installée de 1 800 kW)
 
(II) Fluide de travail et paramètres clés des équipements
 
  • Fluide de travail : R245fa (pentafluoropropane). Ce réfrigérant présente une excellente stabilité thermique, est non inflammable et possède un PRP égal à zéro, garantissant la conformité aux réglementations environnementales. Il est particulièrement adapté aux applications de production d’énergie à partir de chaleur résiduelle à moyenne et basse température et peut fonctionner de manière fiable sous des températures de source de chaleur comprises entre 120 et 150 °C.
  • Débit du fluide de travail : 130 t/h
  • Températures d’entrée et de sortie du fluide de travail : entrée 38,4 °C (liquide), sortie 126,5 °C (gaz).
  • Pression de conception du système : 25 bars
  • Configuration de l'échangeur de chaleur :
    • Préchauffeur : Utilisé pour préchauffer le fluide de travail, améliorant ainsi l’efficacité de l’utilisation de l’énergie.
    • Évaporateur : Conçu selon une architecture modulaire, avec une surface totale d’échange thermique de 191 m² + 286 m², il est spécialement adapté pour répondre aux exigences d’échange thermique à haute efficacité du fluide caloporteur et du fluide de travail.
Préchauffeur de récupération de chaleur résiduelle ORC
(3) Description du processus du système
 

Ce système de récupération de chaleur résiduelle ORC utilise une configuration à double échangeur de chaleur, comprenant un préchauffeur et un évaporateur : l’eau chaude à haute température traverse d’abord le préchauffeur afin d’assurer un préchauffage du fluide de travail à basse température, puis pénètre dans l’évaporateur pour vaporiser ce fluide. La vapeur ainsi produite se détend ensuite dans une turbine, où elle développe un travail mécanique, entraînant un alternateur pour la production d’électricité. La vapeur d’échappement, ayant accompli son travail, est condensée en liquide dans le condenseur et ensuite refoulée vers le préchauffeur par la pompe du fluide de travail, achevant ainsi un circuit fermé qui permet la conversion et l’utilisation continues de la chaleur résiduelle.

 
 
III. Valeur et avantages de la mise en œuvre du projet
 
(1) Avantages économiques
 
Une fois le projet mis en service, les deux unités de production, fonctionnant à pleine charge, assureront une fourniture d’électricité stable. L’électricité ainsi produite sera injectée directement dans le réseau interne de l’usine, remplaçant l’énergie achetée auprès d’opérateurs externes et réduisant sensiblement les coûts électriques de l’entreprise. Dans des conditions de pleine charge, la production annuelle est estimée à environ 15,12 millions de kWh. À un tarif industriel de 0,6 yuan par kWh, cela se traduit par des économies annuelles de plus de 9 millions de yuan, avec un délai de retour sur investissement court et des bénéfices économiques significatifs.
 
(II) Avantages en matière d’économie d’énergie et de réduction des émissions de carbone
 
Le système transforme la chaleur résiduelle de moyenne et de basse température en une ressource précieuse, convertissant efficacement l’eau chaude à haute température qui serait autrement rejetée directement en électricité propre, ce qui permet de réduire le gaspillage énergétique. En outre, pour chaque kilowattheure d’électricité économisé, environ 0,785 kg d’émissions de dioxyde de carbone sont indirectement évités. Le projet réalise des réductions annuelles d’émissions de CO₂ dépassant 11 000 tonnes, aidant ainsi l’entreprise à atteindre ses objectifs de réduction du carbone et à se conformer aux réglementations environnementales.
 
(3) Avantages technologiques et opérationnels
 
  1. Excellente compatibilité avec le fluide de travail : en utilisant le R245fa comme fluide de travail, qui présente un point d’ébullition modéré et une excellente stabilité thermique, le système permet un changement de phase efficace sous l’action d’une source de chaleur à 143 °C. Le système fonctionne à des pressions stables, sans risque de corrosion ni de formation de dépôts, ce qui se traduit par de faibles coûts de maintenance.
  2. Haute fiabilité du système : la conception en boucle fermée élimine le risque de fuite du fluide de travail et dispense de recourir à des systèmes complexes de désaération et de dessalement. Par rapport aux cycles Rankine à vapeur conventionnels, elle se caractérise par une structure plus simple et par une exploitation et une maintenance facilitées, ce qui la rend particulièrement adaptée aux conditions de production continue des usines d’engrais.
  3. Conception modulaire pour une grande flexibilité : la configuration à deux unités, associée à un évaporateur modulaire, permet d’ajuster de manière flexible la charge de fonctionnement en réponse aux fluctuations de la source de chaleur, répondant ainsi aux variations des besoins de production dans les usines d’engrais et garantissant la stabilité à long terme du système.
 
IV. Importance démonstrative pour l’industrie
 
Le projet de récupération de chaleur résiduelle par cycle organique de Rankine (ORC) mis en œuvre dans cette usine d’engrais constitue un modèle abouti et pragmatique d’exploitation de la chaleur résiduelle de faible qualité dans l’industrie chimique, démontrant ainsi l’applicabilité de la technologie ORC dans des secteurs à forte intensité énergétique tels que la production d’engrais et la fabrication chimique. En récupérant et en convertissant efficacement la chaleur résiduelle de l’eau chaude à haute température en électricité, l’entreprise a non seulement réalisé une utilisation en cascade de l’énergie et réduit sa consommation énergétique globale, mais elle a également accéléré sa transition vers une production plus écologique. Cette initiative offre une voie technologique reproductible et évolutif pour les modernisations visant à économiser l’énergie dans des industries similaires, contribuant ainsi à aider le secteur industriel à atteindre ses objectifs de « double carbone ».

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