Procédés thermiques et génie énergétique Optimisation énergétique du procédé de peinture de l usine TERMACO de Saint-Jean-sur-Richelieu Usine 325, boulevard Industriel Saint-Jean-sur-Richelieu (Québec) Canada J3B 7M3
Sommaire 1. Présentation de TERMACO 2. Production de l usine de Saint Jean sur Richelieu. 3. Contexte 4. Présentation du procédé de peinture. 1. Cuisson de la peinture. 5. Rendement énergétique de l ancien four de peinture 6. Nouveaux standards de production. 7. Critères de conception du nouveau four de peinture.
Sommaire (suite) 8. Rôle du rayonnement infra-rouge. 9. Choix d une alternative aux brûleurs radiants catalytiques. 10. Mode opératoire des brûleurs radiants en fibres métalliques. 11. Description générale du nouveau four de peinture version «standard». 12. Processus d optimisation d un four de peinture «standard». 13. Présentation du procédé de peinture suite à l optimisation du four.
Sommaire (suite I) 14. Performance énergétique d un four de peinture «optimisé». 15. Besoins énergétiques du séchoir. 16. Valorisation des rejets atmosphériques du four «optimisé» dans le séchoir. 17. Gains estimés pour la valorisation des rejets du four dans le séchoir 18. Présentation du procédé de peinture après valorisation des rejets du four dans le séchoir. 19. Rejets atmosphériques du séchoir après la valorisation des rejets du four.
Sommaire (suite II) 20. Besoins énergétiques du dégraisseur 21. Valorisation des rejets atmosphériques du séchoir dans le dégraisseur. 22. Gains estimés pour la valorisation des rejets du séchoir dans le dégraisseur 23. Présentation du procédé de peinture suite à la valorisation des rejets du séchoir. 24. Conclusion.
1 - Présentation de TERMACO Termaco possède deux sites de production : Saint Jean sur Richelieu, Québec, Canada, Surface de l usine : 10 220 m 2 (110 000 pi 2 ) Reading, Pennsylvania, États-unis, Surface de l usine : 4 920 m 2 (53 000 pi 2 ) Les deux usines emploient 230 personnes.
2 - Production de l usine de Saint Jean sur Richelieu Termaco est une entreprise de transformation des métaux en feuilles spécialisée dans la production d armoires métalliques utilisées pour le stockage d énergie par batteries électriques. Elle réalise également : L aménagement intérieur et extérieur de véhicules routiers. Des cabinets sur mesure. Des structures d entreposages anti-sismiques pour batteries électriques. Des pièces et équipements industriels chaudronnés.
3 - Contexte Depuis 1990, Termaco utilise des peintures en poudres pour protéger les pièces métalliques exposées aux ambiances corrosives. Cela implique une polymérisation à environ 400 F dans un four continu. En raison de sa capacité insuffisante et de son vieillissement, Termaco a planifié le remplacement de ce four. Termaco qui dispose des ressources nécessaires assure la fabrication de son enveloppe et sa structure. Valtech Énergie agit à titre de consultant en ce qui a trait aux calculs de transferts thermiques et aéraulique du four ainsi que la conception des systèmes de gestion de brûleurs
4 - Présentation du procédé de peinture Rejets Atmosphériques Rejets Atmosphériques Séchoir Recyclage d air chaud à 138 C (280 F) Dégraisseur Bassin de KOH chauffé à 49 C (120 F) Rejets Atmosphériques Convoyeur aérien Peinture Au pistolet électrostatique Four (polymérisation) Température max. 232 C (450 F)
4 - Description du procédé de peinture 1- Cuisson de la peinture 1. La zone radiante : Chauffe de la poudre à un minimum de 120 F (49 C). Vélocité réduite d air. Phase d accrochage (gélification) de la peinture. 2. La zone convective : Montée en température de la poudre et des pièces jusqu à 204 C (400 F). La peinture doit être maintenue à cette température durant 10 min pour polymériser totalement.
5 - Rendement énergétique de l ancien four de peinture Consommation annuelle de gaz naturel du four : 103. 10³ Nm³ Coût énergétique de 35 k$/an Émission de Gaz à Effet de Serre (GES): 192 Tm/an
6 Nouveaux standards de production Les nouveaux standards qui ont rendu le four obsolète sont les suivants : Une augmentation du format des pièces à peindre : Actuel Ancien 6 m (20 pi) x 1,8 m ( 6 pi) x 0,6 m (2 pi) 1,2 m (4pi) x 0,9 m (3pi) x 0,6m (2pi) Une augmentation de la vitesse du convoyeur : Actuelle Ancienne 1,4 m (4,5 pi)/min 0,9 m (3 pi)/min Une augmentation de la production : Actuelle Ancienne 13,6. 10³ kg (30. 10³ lbs) / h. 4,5. 10³ kg (10 000 lb)/h
7 - Critères de conception du nouveau four de peinture Emprise maximale au sol : 53,3 m (175 pi) x 2,4 m (8 pi) hauteur disponible : 3 m (10 pi). Amélioration de l efficacité énergétique. Pour la zone radiante : Abandon des brûleurs radiants catalytiques. Assurer une température de surface de 100 C (212 F) minimum. Disposer d un contrôle de température ambiante.
7 - Critères de conception du nouveau four de peinture (suite) Zone de chauffage convectif : Assurer la chauffe de pièces massive jusqu à 232 C (450 F), puis un maintien durant 10 min minimum. Disposer d un mode de convection forcé pour un ajustement fin du transfert thermique convectif. Zone de refroidissement : Assurer le refroidissement de pièces massive jusqu à 60 C (140 F) ou moins. Permettre un mode de convection forcé pour un ajustement de la température de refroidissement.
8 - Rôle du rayonnement infra-rouge (IR) polymérisation de la peinture en poudre Les surface non exposées peuvent polymériser par conduction. Un transfert convectif naturel additionnel est compatible, il améliore l homogénéité de la polymérisation sur les pièces, dans la zone radiante.
9 Choix d une alternative aux brûleurs radiants catalytiques L alternative aux brûleurs radiants catalytiques choisie par TERMACO est une gamme de brûleurs à fibres métalliques réfractaires qui se distinguent par : Un rapport puissance/prix d achat et d installation avantageux. Une température d opération plus élevée. Des unités plus compactes à puissance égale. Moins d encrassement au contact des COV. Avec une zone radiante deux fois plus longue, TERMACO a multiplié par dix sa puissance radiante. Les produits de combustion des brûleurs radiants sont utilisés pour l augmenter la température ambiante de la zone et bénéficier d un effet convectif naturel additionnel.
10- Mode opératoire des brûleurs radiants en fibres métalliques 1832 F 842 F Source Ératec
11 - Description générale du nouveau four de peinture en version «standard» Dimensions totales du four : 52,5m(175pi) x 2,4m(8pi) ; hauteur = 2,4m(8pi) Zone radiante : longueur 9,5 m (31 pi) Huit brûleurs en fibre métallique 1,2 m (4pi) x 0,2 m (8po) pour un total de 1,2 MMBtu/h. Contrôlés par paires de brûleurs installés en vis à vis. Zone convective : longueur 24 m (80pi) : Un brûleur de 4 MMBtu/h à contact direct, sur la boucle de recyclage d air. Une section de 6,1 m (20pi) opérable en convection forcée. Zone de refroidissement : longueur 13 m (42 pi): Fonctionne en boucle ouverte, alimentée par l air extérieur. Une section de 6,1 m opérable en conversion forcée.
12 Processus d optimisation d un four de peinture «standard» Un four standard est muni d un dispositif d extraction non modulant ajusté en fonction de : Sa puissance maximale. Pour des conditions aérauliques les plus défavorables. Plus de la moitié des pertes énergétiques d un four continu, sont dues à la migration de l air extérieur vers l intérieur du four, ce qui accroit le volume de rejets à la cheminée. L optimisation d un four consiste à moduler le débit de cheminée en fonction des condition d opération réelles du four. Le gain énergétique est d autant plus significatif que le four adopte fréquemment des régimes moyens ou réduits.
13 Présentation du procédé de peinture suite à l optimisation du four Rejets Atmosphériques Rejets Atmosphériques Séchoir Dégraisseur Contrôle des rejets Atmosphériques afin de les réduire Convoyeur aérien Peinture Four (polymérisation)
15 - Performance du four de Peinture «optimisé» Four standard Four optimisé Économie Consommation GN (10³. Nm³/an) 452,1 335,7 116,4 Consommation spécifique (MBtu/10³ lb) 406 301 105 Coût annuel (k$/an) 153,7 114,9 39,8 GES émis (Tm/an) 844 627 217 Soit une économie de 26 % pour l optimisation du four
15 Besoins énergétiques du séchoir
16 - Valorisation des rejets atmosphériques du four «optimisé» dans le séchoir 918 Mbtu/h 958 Mbtu/h Débit recyclé dans le séchoir Débit fixe : 20 400 m³ / h (12 000 Cfm) à 188 C (370 F) Débit rejeté du four 17 160 m³ / h (10 100 Cfm) à 204 C (400 F)
17 Gains estimés pour la valorisation des rejets du four dans le séchoir Séchoir initial Séchoir avec valorisation Économie Consommation GN (10³. Nm³/an) 117,5 0 117,3 Consommation spécifique (MBtu/10³ lb) 91,8 0 91,8 Coût annuel (k$/an) 40 0 40 GES émis (Tm/an) 219,3 0 219,3 Soit une économie de 100 % pour la valorisation des rejets du four dans le séchoir
18 Présentation du procédé de peinture après valorisation des rejets du four dans le séchoir Rejets Atmosphériques Valorisation énergétique des rejets du four Rejets Atmosphériques Séchoir Dégraisseur Convoyeur aérien Réingénierie de l aéraulique du séchoir te modification mécaniques de la chambre de combustion Peinture Contrôle des rejets Atmosphériques afin de les réduire Four (polymérisation)
19 Rejets atmosphériques du séchoir après la valorisation des rejets du four
20 - Besoins énergétiques du dégraisseur Quelque soit sa charge, le dégraisseur opère à régime fixe car : Le débit d alimentation en eau des gicleurs est fixe. La température de chauffe de la solution est fixe. Le mesurage des rejets a permis de constater : Une puissance absorbée par le brûleur de 1 500 MBtu/h. Une puissance utile à 1 200 MBtu/h.
21 - Valorisation des rejets atmosphériques du séchoir dans le dégraisseur 972 MBtu/h 228 MBtu/h
22 Gains estimés pour la valorisation des rejets du séchoir dans le dégraisseur Bassin actuel Bassin avec valorisation Économie Consommation GN (10³. Nm³/an) 171 31,75 139,25 Consommation spécifique (Btu/10³ lb) 150 28,5 121,5 Coût annuel (k$/an) 58 10,8 47,2 GES émis (Tm/an) 319 59 260 Soit une économie de 81 % pour la valorisation des rejets du séchoir dans le dégraisseur
23 Présentation du procédé de peinture suite à la valorisation des rejets du séchoir Valorisation des rejets atmosphériques du séchoir par le dégraisseur Séchoir Valorisation énergétique des rejets du four Dégraisseur Rejets Atmosphériques Réingénierie de l aéraulique du séchoir te modification mécaniques de la chambre de combustion Revue de conception du bassin pour assurer le transfert thermique entre les rejets du séchoir et la solution de lavage Contrôle des rejets Atmosphériques afin de les réduire Convoyeur aérien Peinture Four (polymérisation)
24 - Conclusion Avantage du nouveau four optimisé : Polymérisation de la peinture sur des pièces plus encombrantes et plus massives. Augmentation de 50% par rapport à la cadence de production initiale. Refroidissement efficace et contrôlé. Bilan économique de l ensemble des mesures : Procédé standard Procédé optimisé Gains potentiel Conso. GN (10³. Nm³/an) 740,6 367,45 373,15 Conso. spécifique (MBtu/10³ lb) 647,8 329,5 318,3 Coût annuel (k$/an) 251,7 125,7 126 GES émis (Tm/an) 1382,3 686 696,3 Après optimisation du procédé de peinture, l économie de gaz naturel est estimée à 50 %.
25 - Remerciements Nous remercions Gilles Boucher, Vice-Président de Termaco, pour la confiance qu il nous a accordé tout au long de ce projet, et pour son intérêt à améliorer l efficacité énergétique de son usine. L optimisation énergétique du procédé de peinture de l usine TERMACO est un projet audacieux et complexe, que l équipe de TERMACO s est totalement appropriée puisqu elle réalise l essentiel des travaux de fabrication de son four. Nous remercions également le comité industriel de l AQME pour avoir sélectionné cette conférence pour la journée industrielle de son 28 ème congrès.