Équilibre énergétique – Récupération de chaleur dans une usine de pâte à papier finlandaise
Dans l’industrie de la pulpe et du papier, la récupération de la chaleur secondaire peut se traduire par d’importantes économies. Le groupe papetier finlandais UPM-Kymmene est bien placé pour le savoir.
DATE 2024-07-16 AUTEURLa fabrication du papier nécessite d’énormes quantités d’énergie pour les processus de chauffage et de refroidissement.
Basé en Finlande, UPM (United Paper Mills, anciennement UPM-Kymmene Oyj) est le plus grand groupe d'exploitation forestière d’Europe et l’un des plus grands fabricants de papier au monde.
L’usine de pâte à papier de Kaukas comprend 2 papeteries et 1 usine de pâte à papier. Elles produisent annuellement 590 000 tonnes de papier LWC (papier couché léger) et 720 000 tonnes de pâte de sulfate blanchie.
Le groupe a affiné l’équilibre entre les processus de chauffage et de refroidissement, et il en a découlé un surplus d’énergie valorisable.
Le recyclage de la chaleur : entre planification complexe et approche holistique
La récupération de chaleur à partir d’eau chaude est plus rentable si les usines de pâte à papier réalisent toutes les étapes de transformation sur le même site, comme c'est le cas à Kaukas : la récupération de chaleur excédentaire de l’usine de pâte à papier se fait sous forme de vapeur qui sera utilisée pour la papeterie.
L’intégration des différents procédés permet également de se passer de tours de condensation habituellement utilisées pour refroidissement des flux d’eau chaude des usines de pâte à papier. Une gestion plus raisonnée qui permet des économies d’énergie.
10 à 20% de l’énergie récupérée à l’usine est utilisée ailleurs sur le site. Le surplus d’énergie est vendu, généralement sous forme de vapeur de procédé, à la papeterie et surtout aux scieries, précise Asko Paakki, directeur des opérations de Kaukas Pulp Mill.
Autonomie énergétique
UPM œuvre depuis 10 ans à l’autosuffisance énergétique de l'usine de pâte à papier de Kaukas. Celle-ci a fait l’objet d’un vaste programme d’agrandissement et de modernisation à la fin des années 90 et est depuis lors considérée comme autonome sur le plan énergétique. La récupération de la chaleur secondaire des procédés de refroidissement pour la réutiliser ailleurs dans l’usine participe pleinement à la réalisation de cet objectif.
Un tel recyclage nécessite une planification complexe et une approche holistique des besoins de refroidissement et des possibilités de récupération dans l’ensemble de l’usine. M. Svinhufvud explique que les économies d’énergie liées à l’intégration des procédés varient selon les usines : elles dépendent en effet du design du procédé, de l’agencement de l’usine et de l’équilibre énergétique et hydrique de l’usine.
Pour y parvenir, tout est une question d’équilibre : plus de 100 échangeurs thermiques transfèrent la chaleur secondaire de l’endroit où elle n’est pas nécessaire à l’endroit où elle l'est, créant un équilibre énergétique, qui permet à Kaukas d’économiser des millions d’euros chaque année.
Les échangeurs thermiques récupèrent la chaleur secondaire* des eaux de refroidissement et de condensation, dont les calories seront recyclées dans l’usine.
Récupération de la chaleur des effluents
La tendance dans l’industrie de la pulpe et du papier est de développer des procédés visant un fonctionnement sans effluents afin de réduire les flux d’eaux usées et d’améliorer l’efficacité des procédés.
Cela implique des températures d’eaux usées plus élevées, qui nécessiteront un refroidissement supplémentaire, explique Pekka Svinhufvud, responsable de l’économie énergétique à l’usine de pâte à papier de Kaukas d’UPM.
M. Paakki précise que les effluents du procédé doivent passer d'une température de 70 à 80°C à moins de 40°C avant acheminement vers l’usine de traitement des effluents biologiques. En effet, les micro-organismes de traitement des eaux ne survivraient pas à des températures plus élevées.
Cette chaleur excédentaire est récupérée dans un échangeur thermique, une alternative aux tours de refroidissement utilisées dans de nombreuses usines de pâte à papier et papeteries, au lieu d'être simplement rejetée dans l’atmosphère.
Dans l’usine de pâte à papier, l’eau de refroidissement provenant de la centrale d’évaporation, les filtrats de l’usine de blanchiment, l’eau chaude de refroidissement et l’eau chaude de l’épurateur de gaz présentent le meilleur potentiel de récupération de chaleur.
Au début de notre coopération, des tests et des essais ont été effectués avec quelques échangeurs thermiques d’Alfa Laval. Après 2 ans de résultats satisfaisants, nous en avons acheté de plus en plus. Nous recherchons en permanence des occasions de récupérer la chaleur, aussi le processus de fabrication régulièrement modifié. En ce moment, nous examinons une zone d’échange entre les filtrats, indique Asko Paakki, directeur des opérations de l’usine de pâte à papier de Kaukas.
Les échangeurs thermiques au cœur de la récupération de chaleur
Un tout nouveau système de récupération de chaleur avec des échangeurs thermiques à plaques WideGap repensés pour obtenir des températures plus élevées a été installé à l’usine UPM-Kymmene Kaukas en Finlande pour permettre la récupération de la chaleur secondaire, et Alfa Laval a été choisi comme fournisseur principal.
Alfa Laval a également modifié la conception de 13 échangeurs thermiques spiralés pour en augmenter l’efficacité.
À propos de WideGap
Les larges écarts entre les plaques, le relief des plaques et la conception des orifices de raccordement permettent aux fibres et particules caractéristiques des industries papetières et du sucre de s’écouler sans risque de colmatage.
Grâce à son flux à contre-courant, un WideGap peut chauffer le flux froid à une température très proche de celle du flux chaud entrant, maximisant ainsi la récupération d’énergie, ou encore utiliser des sources de chaleur qui étaient auparavant considérées comme de la chaleur perdue. En conséquence, la consommation de vapeur vive peut être réduite et l’excédent de vapeur peut être utilisé pour la production d’électricité.
Économies d'énergie
Des millions d’euros économisés chaque année grâce à la récupération de la chaleur secondaire.
Changement de technologie
Dites adieu aux échangeurs thermiques tubulaires et passez à la récupération de chaleur avec les échangeurs thermiques à plaques WideGap.