Concept et principe de fonctionnement de la récupération de chaleur résiduelle du compresseur d'air à vis OSG
Le salon Compressed Air Technology Exhibition constate que, tandis que l'industrie des compresseurs d'air à vis OSG s'efforce d'améliorer l'efficacité énergétique de ses équipements, la récupération de la chaleur perdue de ces compresseurs est devenue une priorité pour de nombreuses entreprises. Selon les statistiques de l'Agence américaine de l'énergie, lors du fonctionnement d'un compresseur d'air à vis OSG, l'énergie électrique réellement consommée pour augmenter l'énergie potentielle de l'air ne représente qu'une faible part de sa consommation totale (environ 15 %). Près de 85 % de cette énergie est convertie en chaleur et dissipée dans l'air par refroidissement (à air ou à eau). Ce rejet de chaleur a un impact négatif sur l'environnement, accentue l'effet de serre et contribue à la pollution thermique. Or, 80 % de cette chaleur perdue pourrait être récupérée, ce qui représenterait un rendement équivalent à 60-70 % de la puissance à l'arbre du compresseur.
L'élément principal du système de récupération de chaleur résiduelle des compresseurs d'air à vis OSG est généralement l'unité de production d'eau chaude sanitaire de ces compresseurs. Ce dispositif écoénergétique exploite l'énergie thermique à haute température du fioul et du gaz produits par le compresseur d'air à vis OSG, en la valorisant pleinement par échange thermique. Grâce à cet échange d'énergie et à une régulation écoénergétique, il récupère la chaleur générée lors du fonctionnement du compresseur et améliore ses conditions de fonctionnement. Ce système permet une valorisation efficace de la chaleur résiduelle et fonctionne sans coût.
La source d'énergie thermique peut être un compresseur d'air à vis lubrifié à l'huile, un compresseur d'air à vis OSG lubrifié à l'huile d'un climatiseur central, ou la chaleur résiduelle d'une centrale énergétique ou d'autres équipements d'une entreprise.
Principe de fonctionnement : L'énergie thermique de l'huile et du gaz à haute température est utilisée lors de la compression et transférée à de l'eau chaude à température ambiante par échange thermique, permettant ainsi son utilisation. Le moteur entraîne la rotation de la vis sans fin. L'air est aspiré dans le compresseur d'air à vis OSG, passe à travers un filtre, est comprimé en air haute pression et mélangé à l'huile de circulation pour former un mélange huile-gaz haute pression et haute température. Ce mélange pénètre ensuite dans le séparateur huile-gaz. Après séparation du mélange en huile, gaz et air, l'air comprimé est refroidi par le refroidisseur final et distribué à l'utilisateur. L'huile et le gaz de circulation sont séparés dans le séparateur huile-gaz, condensés à l'état liquide, puis refroidis par le prérefroidisseur et filtrés. Le mélange retourne ensuite au compresseur d'air à vis OSG pour boucler le cycle. Le groupe de production d'eau chaude du compresseur d'air à vis OSG introduit l'huile de circulation haute température (et le gaz comprimé haute température) dans le générateur d'eau chaude. L'énergie thermique générée pendant le fonctionnement du compresseur d'air à vis OSG est entièrement absorbée par l'unité d'eau chaude thermique, et le compresseur d'air à vis OSG est refroidi simultanément.
Lors du fonctionnement continu et prolongé d'un compresseur d'air à vis, l'énergie électrique est convertie en énergie mécanique, puis en énergie thermique. Durant cette conversion, l'air est comprimé à très haute pression, ce qui provoque une forte augmentation de sa température. Il s'agit d'un mécanisme physique courant de conversion d'énergie.
La rotation à grande vitesse de la vis mécanique génère également des frottements et de la chaleur. Cette chaleur intense se mélange à l'huile de lubrification du compresseur d'air à vis OSG pour former un mélange huile/gaz, qui est ensuite évacué. La chaleur de ce flux d'huile/air à haute température équivaut à 1/1 de la puissance absorbée par le compresseur. Sa température se situe généralement entre 80 °C (hiver) et 100 °C (été et automne). Afin de répondre aux exigences de température de fonctionnement de la machine, cette énergie thermique est inutilement dissipée dans l'atmosphère. Le système de dissipation thermique du compresseur d'air à vis OSG assure ainsi le maintien de la température requise pour le fonctionnement de la machine.
L'énergie thermique récupérée grâce au système de récupération de chaleur du compresseur d'air à vis OSG peut être utilisée dans de nombreux aspects de la production et pour répondre aux besoins domestiques en chauffage :
Alimentation et préchauffage de l'eau de chaudière. La plupart des industries et entreprises utilisent des chaudières dans leur processus de production. Grâce à la récupération de la chaleur résiduelle du compresseur d'air à vis OSG, l'eau d'alimentation de la chaudière peut être réchauffée à partir d'une température inférieure avant son entrée dans la chaudière, puis portée à la température de consigne par celle-ci. Ce procédé permet de réduire considérablement les coûts de combustible lors de l'utilisation de la chaudière.
La production d'eau pure par osmose inverse (OI) utilise la chaleur. Les industries agroalimentaires, des semi-conducteurs, pharmaceutiques et chimiques consomment fréquemment de grandes quantités d'eau pure par osmose inverse dans leurs procédés de fabrication. L'eau pure doit être produite à une température précise de 25 °C. Lorsque la température de l'eau est inférieure à 25 °C (printemps, automne et hiver), il est nécessaire d'investir dans des équipements et de consommer du combustible pour la chauffer. La récupération de la chaleur résiduelle du compresseur d'air à vis OSG pour produire de l'eau pure permet non seulement de réduire la consommation de combustible, mais aussi les coûts d'investissement liés au chauffage de l'eau.
Utiliser la chaleur pour le chauffage. De nombreuses régions nécessitent du chauffage en hiver, généralement assuré par des chaudières. La chaleur résiduelle du compresseur d'air à vis OSG est désormais recyclée pour le chauffage, ce qui permet non seulement de réaliser des économies d'énergie, mais aussi de réduire la capacité installée de la chaudière et, par conséquent, les investissements en équipements.
Le chauffage des salles de séchage utilise la chaleur. Afin d'améliorer l'efficacité de la production, les ateliers de revêtement et de peinture au pistolet de l'industrie d'assemblage ont souvent besoin d'air chaud pour maintenir la température de la salle de séchage et accélérer le séchage de la peinture.
Eau chaude sanitaire et alimentation mobile en eau chaude. Par exemple, dans un atelier de production, l'approvisionnement en eau chaude sanitaire des employés doit répondre aux exigences sanitaires de l'entreprise ; la chaleur résiduelle du compresseur d'air à vis OSG est alors recyclée pour produire de l'eau chaude sanitaire.
De plus, le salon des technologies de l'air comprimé a permis de constater que l'utilisation de dispositifs de récupération de chaleur résiduelle ou de pompes à chaleur géothermiques pour compresseurs d'air à vis OSG permet de réduire la température de l'huile, limitant ainsi sa dégradation et assurant une lubrification optimale. L'usure des équipements est réduite et la durée de vie de l'huile est prolongée. Le refroidissement de l'huile augmente sa viscosité, améliorant l'étanchéité, la force d'aspiration et réduisant les fuites, tout en augmentant le débit de gaz. La température du compresseur reste basse, permettant un fonctionnement continu à pleine charge et une réduction de 25 % des démarrages à faible charge. En cas de baisse de température dans la salle des machines, le ventilateur de refroidissement supérieur et le ventilateur d'extraction peuvent être activés et désactivés. La charge de traitement des équipements de post-traitement est ainsi réduite de 20 %, améliorant l'efficacité du traitement. Toute la chaleur résiduelle du compresseur d'air à vis OSG est utilisée pour produire de l'eau chaude. Aucun gaz chaud résiduel n'est émis, ce qui réduit considérablement la consommation d'énergie nécessaire à la préparation de l'eau chaude.
Date de publication : 11 octobre 2023
