FR2779219A1 - Industrial thermal energy recovery installation - Google Patents

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Abstract

The industrial installation comprises a unit (1) comprising a water cooling circuit (5) and a cooling water cooling tower (3). It also includes a unit for the vaporization of liquid nitrogen comprising a water pool (2) containing a thermal vaporization exchanger (10), and a reheating circuit (18,19,4B,20) for the pool water and its return to the pool after reheating. A pre-cooling circuit (14,4A,15) for the cooling water leaving the industrial unit sends it to the cooling tower. A heat recovery exchanger (4) exchanges heat between the reheating circuit and the pre-cooling circuit.

Description

La présente invention est relative à une installation industrielle du typeThe present invention relates to an industrial installation of the type

comprenant une unité industrielle comportant un circuit d'eau de refroidissement, et une tour de refroidissement de l'eau de refroidissement qui sort de l'unité industrielle. Elle s'applique par exemple aux unités sidérurgiques. Certaines unités industrielles nécessitent un circuit d'eau de refroidissement. Cette eau doit ensuite être refroidie, soit pour être rejetée, soit pour être  comprising an industrial unit comprising a cooling water circuit, and a cooling tower for the cooling water which leaves the industrial unit. It applies for example to steel units. Some industrial units require a cooling water circuit. This water must then be cooled, either to be discharged or to be

recyclée vers l'unité.recycled to the unit.

L'invention a pour but de valoriser l'énergie  The invention aims to enhance energy

thermique contenue dans l'eau de refroidissement.  contained in the cooling water.

A cet effet, elle a pour objet une installation industrielle du type précité, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre: - un appareil de vaporisation d'au moins un liquide cryogénique, cet appareil comprenant une piscine à eau qui contient un échangeur thermique de vaporisation, et un circuit de réchauffement de l'eau de la piscine et de renvoi dans la piscine de l'eau réchauffée; - un circuit de prérefroidissement de l'eau de refroidissement qui sort de l'unité industrielle et d'envoi de l'eau prérefroidie à la tour de refroidissement; et - un échangeur de chaleur de récupération qui met en relation d'échange thermique le circuit de réchauffement et  To this end, it relates to an industrial installation of the aforementioned type, characterized in that it further comprises: - an apparatus for vaporizing at least one cryogenic liquid, this apparatus comprising a water pool which contains a heat exchanger vaporization, and a circuit for heating the pool water and returning the heated water to the pool; - a circuit for precooling the cooling water which leaves the industrial unit and sending the precooled water to the cooling tower; and - a recovery heat exchanger which brings the heating circuit into heat exchange relation and

le circuit de prérefroidissement.the precooling circuit.

L'installation suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou dans toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - le circuit de prérefroidissement véhicule la totalité du débit d'eau de refroidissement sortant de l'unité industrielle; - le circuit de prérefroidissement véhicule une fraction du débit d'eau de refroidissement sortant de l'unité industrielle, le reste de ce débit étant envoyé directement à la tour de refroidissement; - la piscine est équipée d'organes de chauffage d'appoint et/ou d'une alimentation d'eau d'appoint et/ou d'un trop-plein; - l'installation comprend un circuit de renvoi vers l'unité industrielle de l'eau refroidie issue de la tour de refroidissement; - le liquide cryogénique est de l'oxygène liquide ou de l'azote liquide; - la piscine contient plusieurs échangeurs thermiques de vaporisation adaptés pour délivrer des flux gazeux d'un ou plusieurs fluides à des débits et/ou sous des pressions différents; - l'échangeur de chaleur de récupération est un échangeur à plaques brasées; - le gaz issu de la vaporisation est, au moins en partie, envoyé à l'unité industrielle; et  The installation according to the invention may include one or more of the following characteristics, taken individually or in all their technically possible combinations: - the precooling circuit conveys the entire flow of cooling water leaving the industrial unit; - the precooling circuit conveys a fraction of the cooling water flow leaving the industrial unit, the rest of this flow being sent directly to the cooling tower; - the swimming pool is equipped with additional heating elements and / or an additional water supply and / or an overflow; - the installation includes a circuit for returning to the industrial unit the cooled water from the cooling tower; - the cryogenic liquid is liquid oxygen or liquid nitrogen; - The swimming pool contains several vaporization heat exchangers adapted to deliver gas flows from one or more fluids at different flow rates and / or under pressures; - the recovery heat exchanger is a brazed plate exchanger; - the gas from the vaporization is, at least in part, sent to the industrial unit; and

- l'unité industrielle est une unité sidérurgique.  - the industrial unit is a steel unit.

Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard du dessin annexé, dont la Figure unique représente schématiquement une installation  An exemplary embodiment of the invention will now be described with reference to the accompanying drawing, the single figure of which schematically represents an installation.

industrielle conforme à l'invention.  industrial according to the invention.

L'installation représentée au dessin comprend essentiellement une unité industrielle 1, par exemple une aciérie, une piscine 2 de vaporisation d'un fluide cryogénique, qui est de l'azote liquide dans cet exemple, une tour de refroidissement d'eau 3, et un échangeur de  The installation shown in the drawing essentially comprises an industrial unit 1, for example a steelworks, a swimming pool 2 for vaporizing a cryogenic fluid, which is liquid nitrogen in this example, a water cooling tower 3, and a heat exchanger

chaleur 4 du type indirect à plaques d'aluminium brasées.  heat 4 of the indirect type with brazed aluminum plates.

Comme il est bien connu, un tel échangeur de chaleur est constitué d'un grand nombre de plaques rectangulaires  As is well known, such a heat exchanger consists of a large number of rectangular plates

parallèles maintenues espacées par des ondes-entretoises.  parallels kept spaced by spacer waves.

Ces plaques définissent entre elles de nombreux passages de circulation de fluide de forme générale plate, lesquelles sont fermées sur leur pourtour par des barrettes. Les barrettes sont interrompues de façon à définir pour chaque passage une fenêtre d'entrée et une fenêtre de sortie du fluide considéré, et toutes les fenêtres correspondantes sont alignées et coiffées par une boîte d'entrée/sortie de  These plates define between them numerous fluid circulation passages of generally flat shape, which are closed on their periphery by bars. The bars are interrupted so as to define for each passage an inlet window and an outlet window for the fluid in question, and all the corresponding windows are aligned and capped by an inlet / outlet box of

forme générale semi-cylindrique.general semi-cylindrical shape.

L'unité 1 comporte un circuit interne 5 d'eau de refroidissement. Cette eau provient de la cuve 6 de la tour de refroidissement via des conduites 7 équipées d'une pompe  Unit 1 has an internal cooling water circuit 5. This water comes from the tank 6 of the cooling tower via pipes 7 equipped with a pump

8 et munies à leur entrée, dans la cuve 6, d'une crépine 9.  8 and fitted at their entrance into the tank 6 with a strainer 9.

La piscine 2 contient un serpentin 10 de vaporisation d'azote alimenté en azote liquide via une conduite 11 et délivrant via une conduite 12 de l'azote gazeux vers +15 C. Au moins une partie de cet azote gazeux est envoyée à l'unité 1 via une conduite 13 pour y être  Pool 2 contains a nitrogen vaporization coil 10 supplied with liquid nitrogen via a line 11 and delivering via a line 12 nitrogen gas at around +15 C. At least part of this nitrogen gas is sent to the unit 1 via line 13 to be there

consommée.consumed.

L'eau relativement chaude, par exemple à environ C, qui sort du circuit 5 est envoyée via une conduite 14 au bout chaud de l'échangeur 4, qu'elle traverse jusqu'à son bout froid dans des passages 4A de l'échangeur, d'o elle  The relatively hot water, for example at about C, which leaves the circuit 5 is sent via a pipe 14 to the hot end of the exchanger 4, which it crosses to its cold end in passages 4A of the exchanger from where she

sort au voisinage de 40 C environ.comes out around 40 C.

De là, l'eau est envoyée via une conduite 15 à des rampes d'aspersion 16 prévues en tête de la tour de refroidissement. L'eau poursuit son refroidissement jusqu'au voisinage de la température ambiante en descendant le long de cette tour jusqu'à la cuve 6, grâce à un flux d'air  From there, the water is sent via a pipe 15 to spraying ramps 16 provided at the head of the cooling tower. The water continues to cool down to around ambient temperature, descending along this tower to tank 6, thanks to an air flow

atmosphérique fourni par des ventilateurs 17.  atmospheric supplied by fans 17.

Simultanément, de l'eau est prélevée au fond de la piscine 2 via une conduite 18 équipée d'une pompe 19, et est introduite au bout froid de l'échangeur 4. Cette eau se réchauffe du bout froid au bout chaud de l'échangeur, dans des passages 4B de celui-ci, par échange de chaleur indirect avec l'eau de refroidissement de l'unité 1 amenée via la conduite 14. Après sa sortie du bout chaud de l'échangeur, l'eau ainsi réchauffée est renvoyée dans la piscine 2 via  Simultaneously, water is taken from the bottom of the swimming pool 2 via a pipe 18 fitted with a pump 19, and is introduced at the cold end of the exchanger 4. This water heats up from the cold end to the hot end of the exchanger, in passages 4B thereof, by indirect heat exchange with the cooling water from unit 1 supplied via line 14. After it leaves the hot end of the exchanger, the water thus heated is returned to pool 2 via

une conduite 20.a pipe 20.

Comme représentée schématiquement, la piscine 2 comporte également un couvercle 21 à travers lequel des résistances électriques de secours 22 plongent dans la piscine, une arrivée d'eau d'appoint 23 commandée par un  As shown diagrammatically, the swimming pool 2 also includes a cover 21 through which emergency electrical resistances 22 plunge into the swimming pool, a supply of make-up water 23 controlled by a

flotteur 24, et un trop-plein 25.float 24, and an overflow 25.

L'installation comprend également un ensemble de vannes et de moyens de commande et de régulation, connus en soi, qui permettent d'assurer le bon fonctionnement des  The installation also includes a set of valves and control and regulation means, known per se, which make it possible to ensure the proper functioning of the

circuits de circulation d'eau.water circulation circuits.

Comme on le comprend, grâce à l'échange de chaleur qui se produit en 4, l'énergie calorifique contenue dans l'eau de refroidissement est récupérée, dans la mesure nécessaire, pour apporter à l'eau de la piscine 2 les calories nécessaires à la vaporisation de l'azote dans le serpentin 10. Compte-tenu du fort débit de cette eau de refroidissement, il est possible d'obtenir la vaporisation de débits importants d'azote sans faire fonctionner les résistances 22, lesquelles ne sont utilisées qu'en cas de dysfonctionnement des circuits d'eau. Une économie d'énergie substantielle peut ainsi être obtenue pour la vaporisation  As can be understood, thanks to the heat exchange which occurs in 4, the heat energy contained in the cooling water is recovered, to the extent necessary, to supply the water in the pool 2 with the necessary calories. to the vaporization of nitrogen in the coil 10. Given the high flow rate of this cooling water, it is possible to obtain vaporization of large nitrogen flows without operating the resistors 22, which are only used '' in the event of a malfunction in the water circuits. Substantial energy savings can thus be obtained for vaporization

de l'azote.nitrogen.

De plus, l'eau de refroidissement de l'unité 1 parvient à la tour de refroidissement 3 déjà prérefroidie, de sorte qu'une quantité de chaleur réduite doit être évacuée de cette eau pour la ramener au voisinage de la température ambiante. Une économie d'énergie importante est donc également obtenue pour l'entraînement des ventilateurs 17. En variante, l'eau recueillie dans la cuve 6 peut être rejetée et l'unité 1 être refroidie par une source  In addition, the cooling water from the unit 1 reaches the already precooled cooling tower 3, so that a reduced amount of heat must be removed from this water to bring it back to the vicinity of ambient temperature. Significant energy savings are therefore also obtained for driving the fans 17. As a variant, the water collected in the tank 6 can be discharged and the unit 1 be cooled by a source.

gratuite d'eau froide telle qu'une rivière.  free cold water such as a river.

En variante également, comme indiqué en trait mixte en 114 sur le dessin, une fraction seulement du débit d'eau de refroidissement de l'unité 1 peut être envoyée dans la conduite 14, le reste de ce débit étant alors directement  Alternatively also, as indicated in phantom in 114 in the drawing, only a fraction of the flow of cooling water from the unit 1 can be sent in line 14, the rest of this flow then being directly

envoyé vers les rampes 16 de la tour de refroidissement.  sent to the ramps 16 of the cooling tower.

La piscine 2, ou plusieurs piscines analogues montées en parallèle, peut ou peuvent contenir plusieurs échangeurs de vaporisation tels que le serpentin 10, afin de fournir plusieurs flux gazeux, à savoir plusieurs flux d'un même gaz à des débits et/ou sous des pressions différentes, et/ou des flux de gaz différents, par exemple d'oxygène et d'azote.  Pool 2, or several similar pools mounted in parallel, may or may contain several vaporization exchangers such as the coil 10, in order to supply several gas flows, namely several flows of the same gas at flow rates and / or under different pressures, and / or different gas flows, for example oxygen and nitrogen.

Claims (7)

REVEND I CATIONSRESELL I CATIONS 1 - Installation industrielle, du type comprenant une unité industrielle (1) comportant un circuit (5) d'eau de refroidissement, et une tour (3) de refroidissement de l'eau de refroidissement qui sort de l'unité industrielle, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre: - un appareil de vaporisation d'au moins un liquide cryogénique, cet appareil comprenant une piscine à eau (2) qui contient un échangeur thermique de vaporisation (10), et un circuit (18, 19, 4B, 20) de réchauffement de l'eau de la piscine et de renvoi dans la piscine de l'eau réchauffée; - un circuit (14, 4A, 15) de prérefroidissement d'eau de refroidissement sortant de l'unité industrielle (1) et d'envoi de l'eau prérefroidie à la tour de refroidissement (3); et - un échangeur de chaleur de récupération (4) qui met en relation d'échange thermique le circuit de réchauffement (18, 19, 4B, 20) et le circuit de  1 - Industrial installation, of the type comprising an industrial unit (1) comprising a circuit (5) of cooling water, and a tower (3) for cooling the cooling water which leaves the industrial unit, characterized in what it further comprises: - an apparatus for vaporizing at least one cryogenic liquid, this apparatus comprising a water pool (2) which contains a vaporization heat exchanger (10), and a circuit (18, 19, 4B, 20) for heating the pool water and returning the heated water to the pool; - a circuit (14, 4A, 15) for precooling cooling water leaving the industrial unit (1) and for sending the precooled water to the cooling tower (3); and - a recovery heat exchanger (4) which places the heating circuit (18, 19, 4B, 20) and the heating circuit in heat exchange relationship. prérefroidissement (14, 4A, 15).precooling (14, 4A, 15). 2 - Installation industrielle suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit de prérefroidissement (14, 4A, 15) véhicule la totalité du débit d'eau de refroidissement sortant de l'unité  2 - Industrial installation according to claim 1, characterized in that the precooling circuit (14, 4A, 15) conveys the entire flow of cooling water leaving the unit industrielle (1).industrial (1). 3 - Installation industrielle suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit de prérefroidissement (14, 4A, 15) véhicule une fraction du débit d'eau de refroidissement sortant de l'unité industrielle (1), le reste de ce débit étant envoyé  3 - Industrial installation according to claim 1, characterized in that the precooling circuit (14, 4A, 15) conveys a fraction of the flow of cooling water leaving the industrial unit (1), the rest of this flow being sent directement à la tour de refroidissement (3).  directly to the cooling tower (3). 4 - Installation industrielle suivant l'une  4 - Industrial installation according to one quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que  any one of claims 1 to 3, characterized in that la piscine (2) est équipée d'organes de chauffage d'appoint (22) et/ou d'une alimentation d'eau d'appoint (23) et/ou  the swimming pool (2) is equipped with supplementary heating elements (22) and / or a supplementary water supply (23) and / or d'un trop-plein (25).an overflow (25). - Installation industrielle suivant l'une  - Industrial installation according to one quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce  any one of claims 1 to 4, characterized in that qu'elle comprend un circuit (7, 8) de renvoi vers l'unité industrielle (1) de l'eau refroidie issue de la tour de  that it includes a circuit (7, 8) for returning to the industrial unit (1) the cooled water from the tower refroidissement (3).cooling (3). 6 - Installation industrielle suivant l'une  6 - Industrial installation according to one quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que  any one of claims 1 to 5, characterized in that le liquide cryogénique est de l'oxygène liquide ou de  the cryogenic liquid is liquid oxygen or l'azote liquide.liquid nitrogen. 7 - Installation industrielle suivant l'une  7 - Industrial installation according to one quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que  any one of claims 1 to 6, characterized in that la piscine (2) contient plusieurs échangeurs thermiques de vaporisation adaptés pour délivrer des flux gazeux d'un ou plusieurs fluides à des débits et/ou sous des pressions différents. 8 - Installation industrielle suivant l'une  the swimming pool (2) contains several vaporization heat exchangers adapted to deliver gas flows from one or more fluids at different flow rates and / or under different pressures. 8 - Industrial installation according to one quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que  any one of claims 1 to 6, characterized in that l'échangeur de chaleur de récupération (4) est un échangeur  the recovery heat exchanger (4) is an exchanger à plaques brasées.with brazed plates. 9 - Installation industrielle suivant l'une  9 - Industrial installation according to one quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que  any one of claims 1 to 8, characterized in that le gaz issu de la vaporisation est, au moins en partie,  the vaporizing gas is, at least in part, envoyé à l'unité industrielle (1).  sent to the industrial unit (1). - Installation industrielle suivant l'une  - Industrial installation according to one quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que  any one of claims 1 to 9, characterized in that l'unité industrielle (1) est une unité sidérurgique.  the industrial unit (1) is a steel unit.
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