Pompes à chaleur pour des économies d'énergie dans la fabrication du papier

Source de l'image : Atlas Copco

Martin Fairbank
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Si vous avez visité beaucoup de papeteries, vous avez probablement vu beaucoup de chaleur perdue. La plupart des papeteries tentent de récupérer une partie de cette chaleur à l'aide d'échangeurs de chaleur.

Les échangeurs de chaleur fonctionnent mieux lorsque le flux plus chaud est nettement plus chaud que le flux plus froid. Et si on pouvait transformer un large flux tiède en un flux chaud plus petit? C'est ce qu'une pompe à chaleur peut faire.

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Les pompes à chaleur sont couramment utilisées dans les applications de chauffage et de refroidissement domestiques, mais traitent généralement des températures entre 0° et 60 °C. Les nouvelles pompes à chaleur capables de chauffer jusqu'à 200 °C suscitent beaucoup d'intérêt pour les applications dans les usines de pâtes et papiers comme moyen de réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) provenant des combustibles fossiles, libérant ainsi la biomasse résiduelle à d'autres fins, ou les deux. Les pompes à chaleur peuvent améliorer l'énergie thermique des sources de chaleur résiduelle et la transférer vers des « puits de chaleur » en utilisant une petite quantité d'électricité. Typiquement, le coefficient de performance de ces pompes à chaleur est de 3 à 4, ce qui signifie que 1 kWh d'électricité peut produire 3 à 4 kWh de chaleur. C'est un très bon retour sur la consommation d'énergie ! Si l'électricité est sans émissions de GES et s’il est possible de réduire la quantité de combustibles fossiles utilisés pour le chauffage, les économies peuvent être attrayantes, en particulier si des crédits de carbone peuvent être générés.

Dans une application de pompe à chaleur, le transfert d'énergie thermique à partir de la source de chaleur s'effectue par l'intermédiaire d'un liquide réfrigérant. À l'intérieur d'un échangeur de chaleur, le réfrigérant se transforme en gaz. Le gaz est ensuite comprimé à une pression élevée, provoquant une élévation de température. Ce gaz, chaud et sous haute pression, libère ensuite sa chaleur dans le puits de chaleur, tandis que le réfrigérant se transforme en liquide à mesure qu'il refroidit. Sa pression est abaissée et le cycle recommence.

Les pompes à chaleur génèrent déjà des économies d'énergie dans de nombreuses industries. On estime que le séchage du papier permettrait de réaliser des économies d'énergie potentielles de plus de 50 %.

Comment cela serait-il appliqué dans une usine de papier ? Un exemple est le transfert de chaleur de l'air évacué au niveau de la hotte du sécheur vers les cylindres chauffés à la vapeur dans la section de séchage de la machine à papier. Après un échange de chaleur pour préchauffer l'air entrant alimentant la section de séchage, la chaleur latente de la vapeur d'eau récupérée de la hotte du sécheur peut être utilisée pour évaporer le réfrigérant dans la pompe à chaleur. Le réfrigérant est ensuite comprimé en un liquide, et la chaleur résultante est utilisée pour évaporer le condensat provenant des cylindres sécheurs. Pour amener la vapeur à une pression plus élevée, on installe des compresseurs de vapeur. De la vapeur fraîche provenant des chaudières est ajoutée pour assurer le contrôle de la pression dans les cylindres.

Il y a eu plusieurs projets de démonstration de pompes à chaleur industrielles ces dernières années, en particulier en Europe. Au Canada, Canmet ENERGIE mène actuellement des recherches sur les pompes à chaleur à haute température pour des applications commerciales, institutionnelles et industrielles. Alors que le monde vise la carboneutralité d'ici 2050, les pompes à chaleur industrielles devraient devenir courantes dans quelques années et constituer une grande partie de la solution pour l'industrie des pâtes et papiers – l'intérêt se réchauffe !


Martin Fairbank a travaillé dans le domaine de la foresterie pendant 31 ans, y compris de nombreuses années pour un producteur de pâtes et papier et deux ans avec Ressources Naturelles Canada. Détenteur d'un PhD en chimie et d'une expérience en amélioration de procédés, développement de produits, gestion d'énergie et de production rentable, Martin est actuellement un conseiller indépendant basé à Montréal. Il est également écrivain et a publié récemment Resolute Roots qui relate les 200 ans d'histoire de la compagnie Produits forestiers Résolu et de ses prédécesseurs.

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