Récupérer la chaleur et augmenter de 45% la capacité d'une usine de biogaz avec des échangeurs de chaleur spiralés Alfa Laval

La production annuelle de l'usine est d'environ 8,5 millions de mètres cubes de biogaz et d'environ 5,6 millions de mètres cubes de méthane. Ce biogaz est utilisé pour produire plus de 21 millions de kWh d'électricité par an.

La chaleur récupérée est synonyme de revenus supplémentaires

Le processus de production de biogaz de Lemvig est basé sur la fermentation thermophile, utilisant des bactéries qui doivent être maintenues à une température aussi proche que possible de 52,5°C. La biomasse circulant en permanence dans les quatre digesteurs/fermenteurs (volume total de 14 300 mètres cubes) nécessite environ 9 000 MWh d'énergie, ce qui correspond à environ 16 % de la production totale de l'installation.

Selon Lars Kristensen, directeur général de Lemvig Biogas :
Si nous devions utiliser la chaleur que nous produisons pour maintenir la température de fonctionnement requise, nous aurions beaucoup moins à vendre ! Produire cette chaleur impliquerait de grandes installations, avec des incertitudes financières et opérationnelles indésirables, et aurait un impact important sur les revenus.

Les grands avantages du préchauffage

Au lieu de cela, Lemvig Biogas a installé 4 échangeurs de chaleur en spirale Alfa Laval pour tirer la chaleur des flux de fumier digéré qui se refroidissent de 52°C à 29°C afin de préchauffer les déchets organiques non digérés entrants de 15°C à 44°C. Le milieu chaud est donc la boue digérée, avec environ 3,5 % de matières sèches.
Cet apport correspond à environ 6 000 MWh de chaleur, ce qui signifie que seulement 7,5 % du biogaz est utilisé pour le chauffage, ce qui améliore considérablement les revenus globaux.

De plus grands systèmes Alfa Laval pour augmenter la capacité de 45%

Le transfert de chaleur chez Lemvig Biogas est basé sur des échangeurs de chaleur en spirale Alfa Laval depuis 1992. Deux unités ont été remplacées en 2003 et 2005, après avoir résisté à environ 11 ans de fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, et à un nettoyage manuel à l'acide chlorhydrique inhibé.
En 2010, deux unités seront remplacées par des systèmes Alfa Laval plus grands, afin d'augmenter la capacité de 45 %.

A la recherche d'une solution pour lutter contre la struvite

L'installation de biogaz de Lemvig fonctionne efficacement vingt-quatre heures sur vingt-quatre. Le principal défi pratique est lié à la présence de détritus inappropriés - tels que du sable et des restes de plastique - dans les flux de déchets organiques. Cela peut rapidement entraîner des blocages.

L'autre problème majeur est l'accumulation constante de phosphate de magnésium et d'ammonium. Également connu sous le nom de struvite, ce minéral est un produit naturel de la décomposition organique des matières putrescentes et de l'action bactérienne sur les composés organiques. La struvite s'accumule rapidement sous forme de dépôts très résistants dans les tuyaux, les vannes et les échangeurs de chaleur.

La nécessité d'une maintenance régulière

La plupart des processus de Lemvig Biogas sont hautement automatisés, à l'exception du nettoyage et de l'inspection. Selon Dan Grummesgaard, responsable de la maintenance, cela s'explique par le fait que les dépôts à l'intérieur du système s'accumulent d'environ 1 mm toutes les 24 heures, d'où la nécessité d'un nettoyage efficace et fiable à intervalles réguliers.

La struvite étant facilement soluble dans l'acide, les échangeurs de chaleur en spirale Alfa Laval sont normalement nettoyés 2 à 3 fois par semaine à l'aide d'acide chlorhydrique inhibé. Chaque séance de nettoyage dure 2 heures, mais est essentielle pour maintenir l'efficacité du transfert de chaleur.

L'avantage de l'inspection

Dan Grummesgaard souligne que le personnel de Lemvig Biogas considère qu'il est essentiel d'avoir une vue d'ensemble de l'état interne des échangeurs de chaleur de l'installation - ces unités sont absolument cruciales pour l'efficacité de l'exploitation. Plutôt que de recourir à des procédures CIP automatisées et à des systèmes fermés dont ils ne peuvent pas voir l'intérieur, les employés préfèrent donc utiliser leurs yeux d'experts pour surveiller l'état des surfaces clés.

Les échangeurs de chaleur en spirale Alfa Laval offrent de grands avantages car ils sont faciles à ouvrir pour une inspection visuelle - les couvercles à charnières donnent un accès complet aux deux côtés des surfaces de transfert de chaleur. Il est ainsi possible d'éliminer rapidement, facilement et à peu de frais les dépôts et autres blocages lorsque cela s'avère nécessaire. Les unités sont normalement ouvertes environ 6 fois par an, et l'ensemble du processus d'inspection dure environ 4 heures.

Des échangeurs thermiques comme neufs après 7 ans d'utilisation

Selon Dan Grummesgaard, les échangeurs de chaleur Alfa Laval ne posent pratiquement jamais de problèmes. Les accumulations de struvite se produisent généralement dans les équipements auxiliaires.

Selon lui, les canaux des échangeurs de chaleur ont toujours l'air d'être neufs après 7 ans d'utilisation intensive et de nettoyages à l'acide extrêmement fréquents. « On ne voit pas qu'ils ont été nettoyés si souvent avec une solution acide », souligne-t-il.

La survie du plus fort

Selon Lars Kristensen :
Nous utilisons nos équipements de manière intensive. Néanmoins, ces échangeurs de chaleur Alfa Laval fonctionnent à 100 % comme prévu, ce qui est formidable pour nous. Ils nous ont assuré une efficacité maximale et nous sommes suffisamment satisfaits pour commander d'autres unités, encore plus grandes, pour nous aider à augmenter la capacité de production de Lemvig Biogas.

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