GAZ ET DES ÉCHANGEURS DE CHALEUR

Dans un four de fusion, les matières premières sont transformées en matière fondue grâce à un apport d'énergie thermique qui est généralement au moins en partie fournie par de la combustion. La partie majeure de l'énergie thermique générée par la combustion est transférée à la charge (matières premières solide et matière fondue). Toutefois, de l'énergie résiduelle est évacuée du four avec les fumées de combustion.

Dans le cas d'un four de fusion en aéro-combustion, ou combustion à l'air, il est ainsi connu d'utiliser des échangeurs à contre-courant alterné composés de céramiques (régénérateurs) ou des échangeurs en acier (récupérateurs) pour préchauffer l'air de combustion en amont du four, de manière à augmenter non seulement le rendement de la combustion dans le four mais aussi celui de l'installation dans sa totalité dans la mesure où une partie de l'énergie thermique contenue dans les fumées évacuées est récupérée et utilisée comme énergie de préchauffage pour l'air de combustion.

Dans un four à verre à récupérateurs, l'air de combustion est préchauffé à 700°C tandis que les régénérateurs permettent d'atteindre des températures d'air de combustion de 1200°C voire 1250°C en début de vie de l'installation.

Les opérateurs des fours de fusion, et notamment les verriers, adoptent de plus en plus de l'oxy-combustion, technologie à la fois plus efficace (car éliminant le ballast thermique de l'azote), et moins polluante (réduction des NOx et du C0 ₂ , ce même azote étant à l'origine des NOx formés).

Cependant, les systèmes de récupération d'énergie des fumées développés pour l'aéro-combustion (régénérateurs et récupérateurs) ne sont pas adaptés pour la récupération d'énergie thermique des fumées générées par l'oxy-combustion.

EP-A-1338848 décrit un système de récupération d'énergie des fumées d'un four à verre, et en particulier d'un four à verre en oxy-combustion. Ledit système comprend au moins un échangeur de chaleur pour le préchauffage d'un gaz riche en oxygène et/ou d'un combustible gazeux par échange thermique avec les fumées évacuées du four, une chaudière située en aval du au moins un échangeur de chaleur et apte à générer de la vapeur surchauffée par échange thermique avec les fumées et une turbine à vapeur pour l'expansion de la vapeur surchauffée avec production d'énergie mécanique. Selon EP-A-1338848, l'énergie mécanique générée par la turbine peut être utilisée pour fournir au moins une partie des besoins énergétiques d'une installation de séparation des gaz de l'air qui fournit de l'oxygène de combustion pour le four à verre.

Pour la production de vapeur surchauffée dans la chaudière avec une efficacité industriellement acceptable, les fumées à l'entrée de la chaudière, et donc aussi à la sortie de l'échangeur de chaleur, doivent présenter une température d'au moins 1000°C, voire de 1200°C à 1500°C.

Malgré les bonnes résistances à de telles températures des matériaux identifiés dans EP-A-1338848, les verriers préfèrent utiliser des systèmes de récupération d'énergie à plus basse température estimés plus durables.

Un tel système alternatif particulièrement fiable pour la récupération d'énergie des fumées d'un four à verre à oxy-combustion est décrit dans EP-A-0872690.

Selon EP-A-0872690, les fumées issues du four à oxy-combustion sont utilisées pour le préchauffage indirect de l'oxygène et/ou du combustible en amont du four. Dans un premier échangeur de chaleur, les fumées issues du four chauffent un fluide intermédiaire, tel que par exemple de l'air, par échange thermique entre les deux fluides. Le fluide intermédiaire chauffé issu du premier échangeur est utilisé dans un deuxième échangeur thermique pour chauffer de l'oxygène de combustion et/ou le combustible.

Le système de récupération d'énergie des fumées selon EP-A-0872690 ne permet toutefois pas une récupération supplémentaire d'énergie des fumées sous forme de vapeur surchauffée, comme c'est le cas dans EP-A-1338848, du fait qu'en pratique les fumées à la sortie du premier échangeur présentent une température nettement inférieure à 1000°C.

La présente invention a pour objectif d'accroître l'efficacité de récupération de chaleur sur les fumées d'un four de fusion utilisant un combustible gazeux et/ou de l'oxygène comme comburant et dans lequel de l'oxygène de combustion et/ou du combustible gazeux sont préchauffés par échange de chaleur indirecte avec les fumées évacuées du four.

La présente invention concerne plus particulièrement un procédé de fusion dans un four comportant une chambre de fusion. Selon ce procédé, on chauffe la chambre de fusion au moyen de combustion, générant ainsi de l'énergie thermique et des fumées chaudes dans la chambre de fusion. Les fumées chaudes sont évacuées de la chambre de fusion et on chauffe de l'air, utilisé comme gaz caloporteur, par échange thermique avec au moins une partie des fumées chaudes évacuées de la chambre de fusion, avec obtention d'air chaud On préchauffe au moins un réactif choisi parmi de l'oxygène et/ou du combustible gazeux par échange thermique avec l'air chaud, avec obtention d'au moins un réactif préchauffé et de l'air tempéré et on utilise le au moins un réactif préchauffé comme réactif de combustion pour le chauffage de la chambre de fusion. Suivant l'invention, on comprime l'air tempéré, obtenu après le préchauffage du au moins un réactif, dans un compresseur d'air de manière à obtenir de l'air tempéré comprimé. Cet air tempéré comprimé est ensuite chauffé par échange thermique avec des fumées chaudes générées par la combustion dans la chambre de fusion de manière à obtenir de l'air comprimé chauffé avec lequel on génère de l'énergie mécanique et/ou électrique par expansion de cet air comprimé chauffé dans une turbine d'expansion.

On observe, suivant l'invention, une synergie significative entre, d'une part, le système de récupération d'énergie thermique des fumées issues de la chambre de fusion et, d'autre part, l'énergie récupérée par la turbine d'expansion. En effet, on constate un rendement global nettement au-dessus du rendement énergétique à prévoir pour une simple juxtaposition d'une turbine d'expansion et d'une installation de récupération d'énergie thermique par préchauffage de réactifs au moyen des fumées chaudes.

Il est à noter que la combustion n'est pas nécessairement le seul moyen de chauffage de la chambre de fusion et que le four peut être muni de moyens de combustion auxiliaires tels que des électrodes.

De manière avantageuse, on préchauffe en tant que réactif de combustion de l'oxygène par échange thermique avec l'air chaud. On peut également préchauffer du combustible gazeux en tant que réactif de combustion, seul ou, de préférence, en combinaison avec de l'oxygène.

L'oxygène préchauffé peut être le seul comburant utilisé pour la combustion dans la chambre de fusion. L'oxygène préchauffé peut également être utilisé en combinaison avec de l'air comme comburant, typiquement de l'air préchauffé.

Ainsi, le four de fusion peut être un four d'oxy-combustion (dont le seul comburant est de l'oxygène), un four de combustion enrichi (utilisant de l'air enrichi en oxygène comme comburant), ou encore un four à oxydant mixte (utilisant une combinaison de combustion avec de l'oxygène et une combinaison de combustion avec de l'air, cet air pouvant éventuellement être enrichi en oxygène).

Dans le présent contexte, le terme « oxygène » se réfère à un gaz ayant une teneur en 0 ₂ d'au moins 75% vol, de préférence entre 80% vol et 100% vol, et encore de préférence entre 90%> vol et 100% vol. De manière analogue, le combustible gazeux préchauffé peut être le seul combustible utilisé pour la combustion dans la chambre de fusion ou le combustible gazeux préchauffé peut être utilisé en combinaison avec un autre combustible.

Le four est de préférence un four d'oxy-combustion.

Le gaz naturel est un combustible gazeux préféré.

Le préchauffage d'au moins un réactif de combustion par échange thermique avec l'air chaud est typiquement réalisé dans un échangeur de chaleur, dit échangeur de chaleur primaire.

Le chauffage de l'air, utilisé comme gaz caloporteur, est de manière analogue typiquement réalisé dans un deuxième échangeur de chaleur, dit échangeur de chaleur secondaire.

Suivant une première forme de réalisation, l'air tempéré comprimé est également chauffé dans l'échangeur de chaleur secondaire par échange thermique avec les fumées chaudes.

Suivant une forme de réalisation alternative, l'air tempéré comprimé est chauffé par échange thermique avec des fumées chaudes dans un troisième échangeur thermique, dit échangeur thermique tertiaire. L'échangeur secondaire et l'échangeur tertiaire peuvent fonctionner en série ou en parallèle. Dans le dernier cas, on divise les fumées chaudes en plusieurs fractions. Une première fraction est alors introduite dans l'échangeur secondaire pour le chauffage de l'air qui est utilisé comme gaz caloporteur. Une deuxième fraction est introduite dans l'échangeur tertiaire pour le chauffage de l'air tempéré comprimé en amont de la turbine d'expansion.

L'énergie mécanique et/ou électrique générée par la turbine d'expansion peut au moins en partie être fournie à un ou plusieurs compresseurs d'air. Le ou les compresseurs d'air sont notamment choisis parmi : un compresseur d'air qui comprime l'air tempéré, un compresseur d'air qui alimente une unité de séparation des gaz de l'air et un autre compresseur d'air tel que par exemple, un compresseur d'air qui fournit de l'air comprimé comme gaz caloporteur à l'échangeur de chaleur secondaire. En effet, non seulement l'installation de fusion est équipée d'un compresseur d'air souvent appelé soufflante, pour la compression d'air tempéré à l'échangeur secondaire, mais elle comporte généralement aussi un compresseur d'air pour la fourniture de l'air avant son utilisation comme gaz caloporteur.

L'installation peut également comprendre une unité de séparation des gaz de l'air et/ ou d'autres unités consommatrices d'air comprimé fourni par un compresseur d'air. L'installation peut notamment comprendre une unité de séparation des gaz de l'air qui fournit l'oxygène de combustion, des installations de refroidissement à air comprimé, etc.

Suivant une forme de réalisation du procédé suivant l'invention, la turbine d'expansion fournit entre 75% et 100%, de préférence 100% de la consommation énergétique du compresseur d'air qui alimente l'échangeur de chaleur secondaire en air comprimé.

De préférence, la turbine d'expansion fournit entre 25% et 100%, de préférence entre 50% et 100%, et en particulier 100% de la consommation énergétique du compresseur d'air qui alimente l'unité de séparation des gaz de l'air. Cette unité de séparation des gaz de l'air génère de préférence de l'oxygène utilisé comme réactif de combustion dans le procédé de fusion. L'unité de séparation des gaz de l'air peut notamment comporter une colonne à distillation cryogénique des gaz de l'air, mais d'autres types d'unités de séparation des gaz de l'air sont également envisageables.

Il est utile de prévoir un réservoir d'oxygène liquide comme source d'oxygène de combustion lors d'un arrêt ou d'une réduction de la production d'oxygène de combustion par l'unité de séparation des gaz de l'air. Un tel réservoir d'oxygène présente un volume de stockage permettant l'alimentation en oxygène de combustion à une capacité de la chambre de fusion pendant 6 à 8 heures lors d'un arrêt de l'unité de séparation des gaz de l'air. Il est également utile de prévoir une source auxiliaire d'énergie telle qu'un générateur, pour fournir de l'énergie mécanique et/ou de l'énergie électrique à utiliser lors d'un arrêt de la turbine d'expansion.

Les paramètres du procédé suivant l'invention dépendent de la matière à fondre, telle que du verre, du métal, de l'émail, etc., de la taille et du type de la chambre de fusion, du débit de matière fondue, etc.

Les paramètres d'opération suivants ont été identifiés comme avantageux, seuls ou en combinaison, notamment, mais pas uniquement, quand le procédé est un procédé de fusion de verre :

• la température des fumées chaudes évacuées de la chambre de fusion est de 1000°C à 2000°C,

· la température de l'oxygène à la sortie de l'échangeur primaire (oxygène préchauffé) est de l'ordre de 250°C à 600°C,

• la température du combustible gazeux à la sortie de l'échangeur primaire (combustible préchauffé) est de l'ordre de 250°C à 550°C, ,

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• la température de l'air chaud issu de l'échangeur secondaire est de 600°C à 800°C,

• la température de l'air comprimé chauffé issu, selon le cas, de l'échangeur secondaire ou tertiaire est de 600°C à 800°C,

« la température de l'air tempéré issu de l'échangeur primaire est de 150°C à

400°C.

La présente invention concerne également une installation de fusion adaptée pour la mise en œuvre de l'une quelconque des formes de réalisation du procédé suivant l'invention.

Ainsi, l'invention concerne une installation de fusion qui comporte un four définissant une chambre de fusion chauffée par combustion. La chambre de fusion comporte au moins une sortie de fumées pour l'évacuation des fumées générées par cette combustion.

L'installation comporte également un échangeur de chaleur primaire pour le préchauffage, d'oxygène de combustion et/ou de combustible gazeux en amont de la chambre de fusion par échange thermique avec de l'air comme gaz caloporteur. Ledit échangeur primaire présente (a) une entrée de gaz caloporteur (chaud) et une sortie de gaz caloporteur (tempéré) et (b) une entrée d'oxygène de combustion (pour l'oxygène de combustion à préchauffer) et une sortie d'oxygène de combustion (pour l'oxygène de combustion préchauffé) et/ou une entrée de combustible gazeux (pour du combustible gazeux à préchauffer) et une sortie de combustible gazeux (pour le combustible gazeux préchauffé).

L'échangeur primaire présente de manière utile une entrée et une sortie d'oxygène de combustion et de préférence également une entrée et une sortie de combustible gazeux.

L'installation de fusion comporte aussi un échangeur de chaleur secondaire pour le chauffage d'air, qui est utilisé comme gaz caloporteur dans l'échangeur primaire, par échange thermique avec les fumées issues de la chambre de fusion. Ledit échangeur secondaire présente (a) une entrée d'air (pour le fluide caloporteur à chauffer) et une sortie d'air comprimé (pour l'air comprimé chauffé) et (b) une entrée de fumées (chaudes) et une sortie de fumées (tempérées).

L'entrée de fumées de l'échangeur secondaire est reliée à au moins une sortie de fumées de la chambre de fusion. La sortie d'oxygène de combustion de l'échangeur primaire est reliée à au moins un injecteur de comburant de la chambre de fusion. La sortie de comburant gazeux de l'échangeur primaire est reliée à au moins un injecteur de combustible de la chambre de fusion.

En règle générale, dans le présent contexte, le terme « relié » est utilisé au sens de « fluidiquement relié », par exemple au moyen d'une canalisation.

La sortie d'air (tempéré) de l'échangeur de chaleur primaire est reliée à une entrée d'air d'un compresseur d'air, dit premier compresseur d'air, le premier compresseur d'air a une sortie d'air comprimé qui est reliée à un échangeur de chaleur pour le chauffage d'air comprimé dans lequel l'air comprimé est chauffé par échange thermique avec des fumées générées par la combustion dans la chambre de fusion. L'échangeur de chaleur pour le chauffage de l'air comprimé a une sortie d'air comprimé chauffé qui est reliée à une entrée de gaz comprimé d'une turbine d'expansion pour la génération d'énergie mécanique et/ou électrique par l'expansion de l'air comprimé chauffé dans cette turbine d'expansion.

Suivant une forme de réalisation préférée de l'installation, la turbine d'expansion fournit de l'énergie mécanique et/ou électrique à au moins un compresseur d'air. La turbine d'expansion peut notamment fournir de l'énergie mécanique et/ou électrique à au moins un compresseur d'air choisi parmi : le premier compresseur d'air, un compresseur d'air qui alimente une unité de séparation des gaz de l'air et un autre compresseur d'air, tel qu'un compresseur d'air, dit « second compresseur » qui fournit de l'air comprimé à au moins une autre unité de l'installation consommatrice d'air comprimé. Le second compresseur peut ainsi être un compresseur d'air qui fournit de l'air comme gaz caloporteur à l'échangeur de chaleur secondaire.

Quand la turbine d'expansion fournit de l'énergie mécanique à au moins un compresseur d'air, ceci est avantageusement réalisé au moyen d'un arbre de transmission reliant la turbine à gaz audit compresseur d'air.

Quand l'installation suivant l'invention comporte une unité de séparation des gaz de l'air, celle-ci présente de préférence une sortie d'oxygène reliée à au moins un injecteur de comburant de la chambre de fusion pour la fourniture d'oxygène de combustion par l'unité de séparation audit au moins un oxy-brûleur. De manière préférée, la sortie d'oxygène de l'unité de séparation des gaz de l'air est, à cette fin, reliée à l'entrée d'oxygène de combustion de l'échangeur primaire. La sortie d'oxygène de l'unité de séparation des gaz de l'air est alors reliée à au moins un injecteur de comburant par le biais de l'échangeur primaire dont la sortie d'oxygène de combustion est reliée audit au moins un injecteur de comburant. o

Comme indiqué ci-dessus, l'unité de séparation des gaz de l'air comporte de préférence une colonne à distillation cryogénique des gaz de l'air. L'unité de séparation des gaz de l'air peut aussi être un système basé sur la technique dite VSA (Vacuum Swing Adsoprtion).

L'installation comporte avantageusement également un réservoir d'oxygène comme source d'oxygène de combustion lors d'un arrêt ou d'une productivité réduite de l'unité de séparation des gaz de l'air. L'installation peut également de manière utile comporter une source auxiliaire d'énergie mécanique et/ou d'énergie électrique, tel qu'un générateur, pour la fourniture d'énergie mécanique et/ou électrique lors d'un arrêt de la turbine d'expansion.

Comme indiqué précédemment, la combustion peut être le seul moyen de chauffage de la chambre de fusion ou peut être combinée avec d'autres systèmes de chauffage tels que des électrodes.

L'oxygène de combustion (chaud) peut être le seul comburant ou peut être combiné avec d'autres comburants, tels qu'en particulier de l'air. Le combustible gazeux peut être le seul combustible ou peut être combiné avec d'autres combustibles.

Un injecteur de comburant relié à la sortie d'oxygène de combustion de l'échangeur primaire peut faire partie d'un brûleur de la chambre de fusion. Un tel injecteur d'oxygène peut également faire partie d'une lance de comburant de la chambre de fusion et en particulier d'une lance d'oxygène.

De manière analogue, un injecteur de combustible gazeux relié à la sortie de combustible gazeux de l'échangeur primaire peut faire partie d'un brûleur de la chambre de fusion ou peut être intégré dans une lance de combustible de ladite chambre.

Suivant une forme de réalisation préférée, le four de fusion est un four à verre, et en particulier un four à verre de type dit four float (c'est-à-dire un four à bain de flottage, également appelé bain de métal), mais l'invention est également utile pour d'autres fours à fusion, y compris des fours de fusion de métaux tels que par exemple, les métaux non- ferreux.

Bien que la description ci-dessus de l'invention se limite à une forme de réalisation selon laquelle de l'air est utilisé comme gaz caloporteur, selon une variante de l'invention, un autre gaz, tel que par exemple l'azote, peut être utilisé comme gaz caloporteur.

Le gaz caloporteur peut circuler en circuit ouvert ou en circuit fermé. Dans le dernier cas, le gaz obtenu après expansion dans la turbine d'expansion est réutilisé comme gaz caloporteur dans le procédé/installation. Cette forme de réalisation est notamment indiquée quand le gaz caloporteur est un gaz autre que l'air. La présente invention et ses avantages sont décrits plus en détail ci-après en se référant aux figures 1 et 2.

Les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques de deux exemples d'une installation et d'un procédé suivant l'invention utilisant de l'air comme gaz caloporteur.

Le four de fusion comporte une chambre de fusion 100 à oxy-combustion, chauffé par un nombre d'oxy-brûleurs (non représentés). Lesdits brûleurs sont alimentés en combustible, tel que par exemple le gaz naturel, par le conduit 105 et en oxygène de combustion par le conduit 104.

L'oxygène de combustion est généré par une unité de séparation des gaz de l'air 160 qui sépare de l'air comprimé 161 en un flux d'oxygène 40, ayant une teneur en 0 ₂ d'au moins 90%vol, et un flux (non représenté) consistant principalement de N ₂ .

Les fumées 20 générées par Γ oxy-combustion dans la chambre de fusion 100 sont évacuées de la chambre de combustion par la sortie 101, lesdites fumées 20 ayant une température entre 1000°C et 2000°C, par exemple entre 1250°C et 1750°C.

Lesdites fumées chaudes 20 ou au moins une partie 21 desdites fumées sont amenées vers un premier échangeur de chaleur, dit « échangeur de chaleur secondaire » 140. Les fumées chaudes (20, 21) entrent dans l'échangeur secondaire 140 par une entrée de fumées 141 et sortent par la sortie de fumées 144. A l'intérieur de l'échangeur secondaire 140, les fumées chauffent de l'air 30 par échange thermique.

L'air 30 est introduit dans l'échangeur secondaire 140 par une entrée d'air 141.

L'air chauffé 31 sort de l'échangeur secondaire 140 par la sortie d'air 141 à une température entre 600°C et 800°C.

L'air chauffé 31 issu de l'échangeur secondaire 140 est amené vers et introduit dans un deuxième échangeur de chaleur, dit « échangeur primaire » 130 par l'entrée de gaz caloporteur 131.

Un seul échangeur primaire 130 est montré dans les figures. Toutefois, ledit échangeur primaire 130 peut se décomposer en une série de plusieurs sous-échangeurs primaires, c'est-à dire une série d'échangeurs gaz caloporteur/oxygène de combustion et/ou d'échangeurs gaz caloporteur/combustible gazeux.

Un flux d'oxygène 40 issu de l'unité de séparation 160 est introduit dans l'échangeur primaire 130 par l'entrée d'oxygène 133 et sort de l'échangeur primaire en tant qu'oxygène préchauffé 41 par la sortie d'oxygène 134. Un flux de gaz naturel 50 est introduit dans l'échangeur primaire 130 par l'entrée de combustible 135 et sort de l'échangeur primaire 130 en tant que gaz naturel préchauffé 51 par la sortie de combustible 136.

A l'intérieur de l'échangeur primaire 130, le flux d'oxygène 40 est préchauffé à une température entre 350°C et 650°C, par exemple à 550°C, par échange thermique avec l'air chauffé 31 et le flux de gaz naturel 50 est préchauffé à une température entre 250°C et 550°C, par exemple à 450°C, également par échange thermique avec l'air chauffé 31.

L'oxygène ainsi préchauffé 41 est transporté en tant qu'oxygène de combustion vers la chambre de fusion 100 par le conduit 104 et le gaz naturel ainsi préchauffé 51 est transporté en tant que combustible vers la chambre de fusion 100 par le conduit 105.

Après son utilisation pour le préchauffage de l'oxygène et du combustible gazeux, le gaz caloporteur (air) tempéré 32 est évacué de l'échangeur primaire 130 par la sortie d'air 132.

L'air tempéré 32 est amené vers un compresseur d'air 110, dans lequel l'air tempéré est comprimé à une pression entre 10 et 20 atm, par exemple à environ 15 atm, de manière à obtenir de l'air tempéré comprimé 33 à la sortie 112 du compresseur 110.

L'air tempéré comprimé 33 est alors amené vers un échangeur de chaleur pour être chauffé par échange thermique avec des fumées chaudes 20 issues de la chambre de fusion 100.

Dans la forme de réalisation illustrée dans la figure 1, l'air tempéré comprimé 33 est ainsi introduit dans l'échangeur secondaire 140 par l'entrée d'air comprimé 153 et l'air comprimé chauffé 34 obtenu par échange thermique avec les fumées chaudes 20 est évacuées de l'échangeur secondaire 140 par la sortie d'air comprimé chauffé 154.

Dans la forme de réalisation illustrée dans la figure 2, l'air tempéré comprimé 33 est introduit dans un troisième échangeur de chaleur, dit « échangeur tertiaire » 150 par l'entrée d'air comprimé 153. Les fumées chaudes 20 sont divisées en deux fractions 21 et 22. La fraction de fumées chaudes 21 est introduite dans l'échangeur secondaire 140 pour le chauffage de l'air 30 qui est utilisé comme gaz caloporteur. La fraction de fumées chaudes 22 est introduite dans l'échangeur tertiaire 150 par l'entrée de fumées chaudes 151 pour le chauffage de l'air tempéré comprimé 33 obtenu par compression dans le compresseur 110 de l'air tempéré issu de l'échangeur primaire. Les fumées tempérées sont évacuées de l'échangeur tertiaire 150 par la sortie de fumées 152 et l'air comprimé chauffé est évacuée par la sortie d'air comprimé 154.

Le réglage de la fraction de fumées chaudes 21 envoyée vers l'échangeur secondaire 140 et de la fraction de fumées chaudes 22 envoyées ver l'échangeur tertiaire 150 en fonction de l'énergie thermique nécessaire pour respectivement le chauffage de l'air 30 utilisé comme gaz caloporteur et le chauffage de l'air comprimé permet d'optimiser la récupération et l'exploitation de l'énergie thermique présente dans les fumées chaudes 20 à la sortie de la chambre de fusion 100.

L'air comprimé chauffé 34 est alors amené vers l'entrée de gaz comprimé 121 d'une turbine d'expansion 120. L'expansion de l'air comprimé chauffé 34 dans cette turbine d'expansion 120 génère de l'énergie mécanique et électrique. Après l'expansion, l'air est évacuée de la turbine d'expansion par la sorti 122.

Dans les cas illustrés, l'énergie obtenue par cette expansion de l'air comprimé chauffé est transmise :

• d'une part au compresseur d'air 34 sous forme d'énergie mécanique par l'arbre de transmission 123, et

• d'autre part à l'unité de séparation 160 sous forme d'énergie électrique par la connexion 124.

Exemple

La présente invention et ses avantages sont illustrés dans l'exemple comparatif ci- après.

L'exemple suivant l'invention correspond au schéma de la figure 1.

La référence correspond au même schéma, si ce n'est que l'air tempéré 32 issu de l'échangeur de chaleur primaire 130 est directement envoyé dans la cheminée.

Le four est un four de fusion de verre chauffé par oxy-combustion uniquement avec une consommation d'oxygène de 7000 Nm ³ /h et une production d'environ 620 t/j de verre.

La consommation électrique de l'unité de séparation des gaz de l'air est estimée à 3MWe.

Dans l'échangeur primaire 130, l'oxygène est préchauffé à 550°C et le gaz naturel est préchauffé à 450°C.

Dans l'échangeur secondaire 140, l'air est chauffé à 650°C.

Dans l'exemple suivant l'invention, les gaz de combustion sortent de la chambre de combustion 41 à la température de 1300°C.

Le bilan électrique est défini en prenant la consommation d'énergie pour la compression d'air pour l'alimentation de l'unité de séparation 160, pour l'alimentation de l'échangeur secondaire en gaz caloporteur et pour la compression de l'air tempéré 32 dans le compresseur 110. Deux scénarios sont à envisager :

un scénario où le prix de l'électricité est 40€/MWh

un scénario où le prix de l'électricité est 140€/MWh

Le tableau 1 fournit les données économiques issues de ces bilans matière et énergie, sur pour le scénario 1.

Le ratio d'investissement autorisé est calculé sur la base d'un amortissement sur 4 ans avec une disponibilité de l'équipement de 8600 heures/an.

Tableau 1 : calcul du coût d'investissement (scénario 1) Pour le scénario 2 où le gaz naturel est à 40€/MWh et l'électricité à 140€/MWh, les données économiques sont présentées en tableau 2 :

Tableau 2 : calcul du coût d'investissement (scénario 2)

Pour la référence, on observe un bilan électrique de - 2991 kWe. Suivant l'invention, le bilan électrique est réduit à -2347,9 kWe, c'est-à-dire une réduction de plus que 20%. Ceci montre que l'invention présente un intérêt économique réel, en particulier dans des régions à prix d'énergie élevé.