Récupération énergétique d'air chaud à la cimenterie de Saint-Constant - Lilian Pachon, ing Keyvan Naraghi, ing, Ph.D, MBA

Usine de St-Constant

               Récupération énergétique d’air
               chaud à la cimenterie de Saint-
                          Constant
                             Lilian Pachon, ing
                       Keyvan Naraghi, ing, Ph.D, MBA

                                  8 mai 2014

Agenda
   Lafarge et cimenterie de St-Constant

   Production du ciment

   Énergie dans la cimenterie

   Broyage et séchage du cru

   Description du projet

   Questions

                                           Mai 2014 2

Lafarge au Québec

 Installations    de Lafarge au Québec incluent:

    La cimenterie de Saint-Constant (environ 120 employés)
    Une trentaine de centrales à béton et de carrières de granulats
    Un centre technique et scientifique à Montréal où une cinquantaine
     d'employés assure le soutien technique des 20 cimenteries
     panaméricaines

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Cimenterie de St-Constant

 Construite   en 1967, et agrandie en 1974
2   fours longs à voie sèche
2   carrières actives
8   types de ciment
 Capacité   d’environ 1, 050 000t de ciment

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Terminologie cimentière

Ciment :
    Le ciment est le produit final d’une cimenterie, résultant du broyage
   du clinker, du gypse et des ajouts dans un broyeur.

Clinker :
    Le clinker est le résultat de la cuisson d'un mélange composé
   s’appelant le « cru ». Cette cuisson, la clinkérisation, se fait à une
   température d'environ 1 450 °C, ce qui explique la forte
   consommation énergétique de ce processus.

Cru :
    Le cru est le mélange composé du calcaire et ajouts de fer, de
   silice et d’alumine. Près de 90% de ce composé est calcaire et pour
   cette raison les cimenteries sont généralement situées près des
   carrières de calcaire.

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Schéma de la production du ciment
      EXTRACTION DE LA PIERRE
                                                                                2
                                            1                           Préhomogénéisation
      Carrière                         Concassage

                                                     3
       4
                       Silos
                                         BROYAGE DU CRU
                 D’homogénéisation

                                                                                                  6
                              5                                                               BROYAGE
                         CUISSON                         Combustibles                        DU CLINKER
                           Four

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   EXPÉDITIONS                       Silos expéditions          Silos ciment réserves
                         Ensachage

                                                                                                      Mai 2014   6

Utilisation annuelle de l’énergie dans la cimenterie

Énergie électrique :
        143 Kwh/t (total : 103,000 Gwh)

Énergie calorifique:
       4050 Mj/t (total : 2,900,000 Gj)

Moitié des coûts variables d’usine est reliée à l’énergie

Il y a un potentiel significatif de la récupération d’énergie dans
la cimenterie

Plusieurs projets et initiatives de l’économie d’énergie ont été
récemment effectués à la cimenterie de St-Constant. De plus, il
y a eu les audits suivants :
         Audit corporatif
         Audit Cascades
         Audit Schneider
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Exemples de projets récents d’économie énergétique
 Projets d’économie de l’énergie calorifique :
    Injection calcaire dans le four (2005)
    Installation des croisillons au four 2 (2006)
    Changement du type principal du clinker (2008)
    Construction du broyeur des combustibles solides (2009)
    Introduction du ciment calcaire (Contempra) dans le
   marché (2011)
    Installation des joints en amont des fours (2013)
    Projet foyer TODD (2014)

Projets d’économie de l’énergie électrique :
    Installation des entrainements à fréquence variable (EFV)
   dans plusieurs des équipements : ventilateurs refroidisseur
   fours (2006), dépoussiéreurs des broyeurs (2009), etc.
    Amélioration d’éclairage d’usine (depuis 2011)
    Mise à jour des compresseurs de l’usine (2013)

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Broyage et séchage du cru

Le séchage du cru est
nécessaire afin de faciliter son
broyage et d’avoir une finesse
désirée, améliorant ainsi le
procédé de la cuisson.

Le séchage du cru est fait avec
l’air chauffé provenant d’un
foyer (Foyer Todd) en utilisant le
gaz naturel comme
combustible.

Débit Crus H2O entrée H2O sortie   T air entrée foyer   T sortie foyer   Gaz Naturel
   T/h         %         %                 °C                °C             GJ/h
   210         2         0.3             100                300             16.3

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Broyage et séchage du cru

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Séchage du cru – situation actuelle

 La quantité d’énergie sortant du foyer est de 22 GJ/h

 L’apport énergétique fourni par le combustible (gaz naturel)
 représente 64% de l’énergie totale et le 36% restant vient de
 l’air chaud provenant des filtres à gravier (FAG).

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Séchage combustible pulvérisé (CP)

                               Le CP est séché à l’aide
                               de l’air des refroidisseurs
                               avant FAG, ayant une
                               température de 300°C.

                               Il y a actuellement un
                               excédent d’énergie du
                               système de séchage, car le
                               broyeur CP fonctionne
                               seulement à 1/3 de la
                               capacité de sa conception.

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Projet – récupération d’énergie

                                                 Gaz naturel

    Récupération de la chaleur du refroidisseur de clinker pour le
     séchage du cru afin de diminuer la consommation du gaz
                              naturel                         Mai 2014   13

Description du projet - général

 Coût du projet : 995K $
 Retour d’investissement en 1.6 années (sans
subvention)
 Économies de 80 MJ/tonne de clinker = 630k $
 Opportunités :
    Réduire 3600 tonnes des émissions CO2 par année
    Subvention de 420k $ accordée par le gouvernement du
   Québec
        Lafarge a été assisté par Cascades dans la démarche d’obtention de la
       subvention

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Description du projet – nouveaux équipements

 Installation d’un nouveau
ventilateur à cause de la
température plus haute
(280°C vs 120°C), de la
présence des poussières
et du volume d’air plus
élevé (1.5 plus)

 Installation d'une boîte
de dépoussiérage

 Installation des
nouveaux conduits

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Description du projet – risques

 Demande d’un arrêt des équipements pour compléter l’installation

 Logique d’automation complexe

 Usure prématurée causée par la présence des poussières

 Impact négatif sur l’air secondaire, ce qui a comme conséquence
la diminution de la performance des fours

 Dans le cas de l’utilisation d’un combustible plus humide, on
perdrait l’énergie disponible pour sécher les crus

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Description du projet - avancement
                   Études faisabilité économiques / techniques
                   Ingénierie du détail : sélection des équipements
 Ce qui a été
                   Design détaillé
     fait
                   Achat des équipements
                   Installation de la plupart des équipements

                   Livraison du ventilateur
                   Installation finale
   À faire         Démarrage et mise en marche
                   Optimisation du procédé

Fin prévue du projet : Août 2014

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QUESTIONS ?

              Mai 2014   18