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, et le groupe finlandais UPM-Kymmene est bien placé pour le savoir.
DATE 2023-11-28 AUTEURLa fabrication du papier nécessite d’énormes quantités d’énergie pour maintenir les processus de chauffage et de refroidissement dont l’industrie a besoin. Basé en Finlande, UPM-Kymmene, le plus grand groupe industriel forestier d’Europe et l’un des plus grands fabricants de papier au monde, a affiné l’équilibre entre les processus de chauffage et de refroidissement, ce qui a entraîné un surplus d’énergie.
La récupération de chaleur à partir d’eau chaude est plus rentable si les usines de pulpe et papier sont combinées, comme à Kaukas, où la récupération de chaleur à l’usine de pulpe se fait sous forme de vapeur pour la papeterie.
L’intégration des procédés est essentielle pour refroidir les flux d’eau chaude dans les procédés des usines de pâte à papier, sans avoir besoin de tours de condensation, ce qui se traduit par une meilleure gestion et donc des économies d’énergie.
L’usine de pâte à papier de Kaukas fait partie des installations d’UPM-Kymmene (comprenant deux papeteries et l’usine de pâte à papier) à Kaukas, près de la ville finlandaise de Lappeenranta, non loin de la frontière avec la Russie. Ensemble, les installations de Kaukas produisent annuellement 590 000 tonnes de papier LWC (couché léger) et 720 000 tonnes de pâte de sulfate blanchie.
Autonomie énergétique
UPM-Kymmene œuvre depuis 10 ans à l’autosuffisance énergétique. L’usine de pâte à papier de Kaukas 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 : un objectif atteint en récupérant la chaleur secondaire des procédés de refroidissement pour la réutiliser ailleurs dans l’usine. Asko Paakki, directeur des opérations de Kaukas Pulp Mill, estime qu’entre 10 et 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-t-il.
« Le recyclage de l’énergie nécessite une planification complexe et une approche holistique »
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.
Pour y parvenir, tout est une question d’équilibre. La chaleur secondaire (par définition, la chaleur transférée des sources de chaleur primaires aux flux de processus) est récupérée dans les eaux de refroidissement et de condensation, à l’aide d’un système d’échangeurs thermiques, et recyclée dans l’usine. 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 dans l’usine qui permet à Kaukas d’économiser des millions d’euros chaque année.
Tendance de l’industrie
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. Nous avons donc besoin de températures d’eaux usées plus élevées, ce qui nécessite un refroidissement supplémentaire, explique Pekka Svinhufvud, responsable de l’économie énergétique à l’usine de pâte à papier de Kaukas d’UPM-Kymmene.
M. Svinhufvud explique que les possibilités d’économie d’énergie avec l’intégration des procédés varient selon les usines. « Elles dépendent du concept du procédé, de l’agencement de l’usine et de l’équilibre énergétique et hydrique de l’usine. M. Paakki précise que les effluents du procédé doivent être refroidis de 70 à 80°C à moins de 40 °C avant d’être acheminés vers l’usine de traitement des effluents biologiques, car les micro-organismes ne survivront pas à des températures plus élevées. À Kaukas, cette chaleur est récupérée à l’aide d’eau naturelle dans un échangeur thermique, une alternative aux tours de refroidissement utilisées dans de nombreuses usines de pâte à papier et papeteries, où la chaleur est 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 deux ans de résultats satisfaisants, nous en avons acheté de plus en plus. Nous recherchons en permanence des occasions de récupérer la chaleur. Nous sommes toujours en train de changer le processus de fabrication et nous examinons maintenant une zone d’échange entre les filtrats. » – 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 augmenter l’efficacité.
À propos de WideGap
Alfa Laval a développé les échangeurs thermiques à plaques WideGap spécialement pour les industries des pulpes et papiers et du sucre, pour le refroidissement des effluents contenant des fibres et d’autres composants. Avec les larges écarts entre les plaques, le relief des plaques et la conception lisse des orifices de raccordement permettant aux fibres et aux particules de s’écouler facilement, le risque de colmatage est minimisé et la disponibilité est maximale.
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. Les échangeurs thermiques à plaques WideGap d’Alfa Laval peuvent 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.