PDF (Rapport) - ENGEES
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Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008RESUMEBilan énergétique de l’usine d’incinération PROTIRES de Strasbourg.L’usine d’incinération des ordures ménagères de la ville de Strasbourg gérée par la sociétéPROTIRES produit de l’énergie valorisée sous forme de vapeur et d’électricité. Une partie decette énergie est utilisée pour les besoins de l’usine et l’autre partie est vendue aux clients quesont Fala, Sensient et General Motors pour la vapeur et Electricité de Strasbourg pourl’électricité.La société PROTIRES veut examiner sa consommation interne en énergie afin de la limiter etcontribuer du même coup à la protection de l’environnement. L’usine consomme de la vapeur,de l’électricité et du gaz naturel pour ses besoins de fonctionnement.Le présent document présente le bilan énergétique de l’usine au cours de l’année 2007. Il décritle processus de fonctionnement de l’usine et fait un état des entrées et des sorties d’énergies ainsique de l’autoconsommation énergétique. Les circuits de l’eau, de la vapeur, de la fumée et del’air comprimé sont diagnostiqués et l’’accent a été mis sur l’énergie autoconsommée quiconstitue le principal point de cette étude.Les moyens de comptage et de mesure dont dispose l’usine ont permis de déterminer les grosconsommateurs d’énergie et d’envisager des économies d’énergie tant au niveau des processusqu’au niveau de la motorisation.L’utilisation d’énergie auxiliaire sur le site pour l’éclairage et le chauffage pour les bureaux estconsidérée comme faible et a été négligée dans cette étude.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg3
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008ABSTRACTEnergy balance of the household wastes incineration of the Strasbourg’s plant.The factory of incineration of the household refuse of the town of Strasbourg managed byproduced company PROTIRES produces energy valued in the form of vapor electricity. Part ofthis energy is used for the needs for the factory and the other part is sold to the customers whoare Fala, Sensient and General Motors for the vapor and Electricity of Strasbourg for electricity.Company PROTIRES wants to examine its internal consumption in energy in order to at thesame time to limit it and contribute to environmental protection. The factory consumes vapor,electricity and natural gas for its needs for operation.This document presents the energy assessment of the factory during the year 2007. It describesthe process of operation of the factory and gives a report on the entries and exits of energies aswell as energy subsistence farming. The circuits of water, the vapor, smoke and the compressedair are diagnosed. We developed the energy used for the process which constitutes the mainpoint of this study.The means of counting and measurement available to the factory made it possible to determinethe large-scale consumers of energy and to consider energy saving as well on the level of theprocesses as on the level of the motorization.The use of energy auxiliary on the site for lighting and the heating for the offices is regarded asweak and was neglected in this study.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg4
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008SOMMAIRERESUME ........................................................................................................................................ 3ABSTRACT .................................................................................................................................... 4Tables des illustrations .................................................................................................................... 8Abréviations et sigles .................................................................................................................... 10Unités de conversion ..................................................................................................................... 10INTRODUCTION ........................................................................................................................ 11Chapitre I : Présentation et fonctionnement de l’usine ................................................................ 12I- Présentation ............................................................................................................................... 12II- Historique de la gestion des déchets à Strasbourg ................................................................... 13III- Fonctionnement de l’usine ...................................................................................................... 153.1- Temps de fonctionnement des groupes fours-chaudières............................................................................... 153.2- Pesage et Réception des déchets ....................................................................................................................... 163.3- Production d’énergie ......................................................................................................................................... 183.3.1 Bâches d’appoint et alimentaires .............................................................................. 183.3.2 Les chaudières ............................................................................................................ 193.3.3 Le collecteur de vapeur Haute Pression (HP) ......................................................... 193.5- Production d’électricité ..................................................................................................................................... 223.6- Traitement des fumées ...................................................................................................................................... 233.6.1 Dépoussiérage sur électrofiltres ................................................................................ 233.6.2 Le lavage par voie humide ......................................................................................... 233.6.3 Le traitement par procédé SCR des dioxines et furanes ........................................ 233.7- Description des rejets ........................................................................................................................................ 243.7.1 Rejets aqueux.............................................................................................................. 243.7.1.1 Rejet Darse ............................................................................................................ 243.7.1.2 Assainissement ...................................................................................................... 243.7.2 Rejets atmosphériques ............................................................................................... 253.7.3 Résidus solides ............................................................................................................ 263.7.3.1 Les mâchefers (partie non combustible des déchets) ............................................ 263.7.3.2 Les cendres volantes ............................................................................................. 273.7.3.3 Les Boues ou gâteaux ........................................................................................... 27IV- Conformité de l’usine vis-à-vis de la réglementation ....................................................... 284.1 Qualité des rejets gazeux .................................................................................................................................... 294.2 Qualité des rejets aqueux .................................................................................................................................. 30Chapitre II : Les besoins énergétiques de l’usine ......................................................................... 32I. Les enjeux du bilan énergétique ............................................................................................ 321.1 Les enjeux environnementaux ................................................................................................................... 321.2 Les enjeux économiques ............................................................................................................................. 321.3 Les enjeux sociaux ...................................................................................................................................... 32Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg5
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008II. Méthodologie ........................................................................................................................ 32III. Les dispositifs de comptage .............................................................................................. 333.1 Le comptage de la vapeur ......................................................................................................................... 343.2 Le comptage de l’électricité ....................................................................................................................... 343.3 Le comptage du gaz naturel ....................................................................................................................... 343.4 Le comptage de l’eau de process ............................................................................................................... 343.5 Le comptage des condensats des clients .................................................................................................... 343.6 Le comptage de l’air comprimé ................................................................................................................. 34IV- Consommation de gaz naturel ................................................................................................ 354.1 Brûleurs d’appoint et de soutien ............................................................................................................... 354.2 Les brûleurs SCR ....................................................................................................................................... 36V- Consommation de vapeur ........................................................................................................ 375.1 Réchauffage de l’air comburant ........................................................................................................................ 375.2 Réchauffage BP2 ................................................................................................................................................. 385.3 Réchauffage Bâches alimentaires .............................................................................................................. 38VI. Consommation d’électricité .............................................................................................. 38Chapitre III : Bilan énergétique .................................................................................................... 41I- Les entrées d’énergie ................................................................................................................ 421.1- Energie des déchets ........................................................................................................................................... 421.2- Chaleur apporté par l’air ................................................................................................................................. 421.3- Chaleur apportée par l’eau ............................................................................................................................... 431.4- Chaleur apporté par le gaz naturel .................................................................................................................. 431.5- Electricité achetée .............................................................................................................................................. 43II- Les sorties d’énergie .............................................................................................................. 442.1- La chaleur sensible des fumées sortant à une température donnée tf ........................................................... 442.2- Chaleur contenue dans les mâchefers .............................................................................................................. 452.3- Chaleur contenue dans les cendres volantes ................................................................................................... 452.4- Les pertes thermiques ....................................................................................................................................... 452.5- Rejets d’eau industrielle .................................................................................................................................... 452.6- Electricité vendue .............................................................................................................................................. 462.7- Vapeur vendue ................................................................................................................................................... 462.8- Les aéroréfrigérants ......................................................................................................................................... 46Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg6
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 20082.8.1 Evaporation ................................................................................................................ 472.8.2 Echange thermique des aéroréfrigérants ................................................................ 47III- Analyse des résultats.............................................................................................................. 483.1 Les entrées d’énergie .......................................................................................................................................... 483.1.1 Le gaz de soutien ........................................................................................................ 483.1.2 Le gaz des catalyseurs ................................................................................................ 493.2 Les sorties d’énergies .......................................................................................................................................... 493.3 Efficacité énergétique de l’usine ................................................................................................................ 50Chapitre IV- Les sources potentielles d’économies d’énergie...................................................... 51I- Diagnostic du réseau vapeur ...................................................................................................... 51II- Diagnostic du réseau d’air comprimé .................................................................................... 52III- Economie d’énergie sur les pompes des laveurs de fumées .................................................. 533.1 Motorisation actuelle .......................................................................................................................................... 533.2-Les solutions d’optimisation .............................................................................................................................. 543.2.1-Un moteur par laveur ................................................................................................ 553.2.2 Utilisation d’une motorisation Leroy Somer (consommation, coûts)................... 55Conclusion .................................................................................................................................... 57BIBLIOGRAPHIE ........................................................................................................................ 58ANNEXES .................................................................................................................................... 60Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg7
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Liste des tableauxTables des illustrationsTableau 1: temps de fonctionnement de l'usine en 2007 .............................................................. 15Tableau 2: flux de déchets 2007 (tonnes) ..................................................................................... 17Tableau 3: bâche alimentaire 1 et 2, bâche d'appoint et ballon de purge ...................................... 19Tableau 4: vente de vapeur (MWh) .............................................................................................. 21Tableau 5: valorisation énergie 2007 ............................................................................................ 22Tableau 6: dépassement des VLE en 2007 ................................................................................... 25Tableau 7: production de mâchefers ............................................................................................. 26Tableau 8: production de boues sèches et de cendres volantes..................................................... 27Tableau 9: rejets gazeux mesurés à la sortie des fours ................................................................. 29Tableau 10 : paramètres mesurés en milieu naturel (Darse) ......................................................... 30Tableau 11 : paramètres mesurés sur les rejets dans le réseau d'assainissement .......................... 31Tableau 12 : consommation de gaz des catalyseurs en KW/tonne incinérée ................................ 36Tableau 13: consommation de gaz naturel en 2007 ............................. Erreur ! Signet non défini.Tableau 14: répartition de l'auto-consommation de la vapeur en MWh ....................................... 38Tableau 15: consommation d'électricité (MWh) ........................................................................... 39Tableau 16: chaleur dégagée par les déchets ................................................................................ 42Tableau 17: chaleur apportée par l'air ........................................................................................... 42Tableau 18: chaleur apportée par l'eau .......................................................................................... 43Tableau 19: gaz naturel consommé ............................................................................................... 43Tableau 20: électricité achetée à ES ............................................................................................. 43Tableau 21: les entrées d'énergies ................................................................................................. 43Tableau 22: chaleur sensible des fumées ...................................................................................... 44Tableau 23: chaleur contenue dans les mâchefers ........................................................................ 45Tableau 24: chaleur contenue dans les cendres volantes .............................................................. 45Tableau 25: énergie emportée par le rejet des eaux industrielles ................................................. 45Tableau 26: électricité vendue ...................................................................................................... 46Tableau 27: vapeur vendue ........................................................................................................... 46Tableau 28: Flux par échange thermique ...................................................................................... 47Tableau 29: pertes totales par échange thermique ........................................................................ 47Tableau 30: énergie auto-consommée ........................................................................................... 47Tableau 31: flux d'énergie sortant ................................................................................................. 48Tableau 32: récapitulatif des entrées et des sorties d'énergie........................................................ 48Tableau 33: consommation de gaz de soutien en fonction du PCI des déchets ............................ 49Tableau 34: production d’électricité et pertes aéroréfrigérant ...................................................... 49Tableau 35: efficacité énergétique de l'usine ................................................................................ 50Tableau 36: pertes de charges dues à l'alimentation des clients ................................................... 51Tableau 37: classification des risques de fuite sur le circuit d'air comprimé ................................ 52Tableau 38 : caractéristiques du moteur ABB EFF2 .................................................................... 54Tableau 39 : consommation des laveur par ligne d'incinération ................................................... 54Tableau 40 : gain d'énergie avec un moteur par laveur ................................................................ 55Tableau 41 : gain d'énergie avec les moteurs Leroy Somer .......................................................... 56Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg8
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Liste des diagrammesDiagramme 1: disponibilité des fours-chaudières ......................................................................... 16Diagramme 2: répartition de la consommation de gaz naturel ..................................................... 37Diagramme 3 : auto-consommation de la vapeur ......................................................................... 38Diagramme 4: consommation d'électricité en 2007 ...................................................................... 39Diagramme 5: synthèse de la production et de la consommation d'énergie ................................. 40Liste des photosPhoto 1: portique de détection de la radioactivitéPhoto 2: pont bascule de 50 tonnes ............................................................................................... 17Photo 3: halle de déchargement .................................................................................................... 17Photo 4: bâche alimentaire N°1 .................................................................................................... 18Photo 5: collecteur de vapeur HPPhoto 6: collecteur de démarrage .................................................................................................. 20Photo 7: Groupe Turbo-alternateur 2Photo 8: Groupe Turbo-alternateur 1 ............................................................................................ 22Photo 9: bassin de traitement des eauxPhoto 10: laboratoire d'analyse ..................................................................................................... 25Photo 11: silo de stockage des cendres volantesPhoto 12: bennes de stockage des boues sèches ........................................................................... 27Photo 13: le fluke 434Photo 14: thermomètre de contact ................................................................................................ 33Photo 15: brûleur de démarrage et de soutien ............................................................................... 35Photo 16: réchauffeur d'air comburant .......................................................................................... 37Photo 17: tuyauterie de vapeur non calorifugée ............................................................................ 51Photo 18: moteur M2BA 225 SMA 4 B3Photo 19: moteur ABB EFF2 37 kW 68 A ................................................................................... 53Photo 20 : moteur Leroy Somer FLS 225 ST ............................................................................... 55Photo 21: caractéristiques du moteur Leroy Somer ...................................................................... 56Liste des cartesCarte 1: plan du réseau vapeur ...................................................................................................... 21Liste des figuresFigure 1: les entrée et sorties d'énergie du système ...................................................................... 41Figure 2: circuit avec aéroréfrigérants .......................................................................................... 46Figure 3: synoptique des compresseurs d'air comprimé ............................................................... 52Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg9
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Abréviations et siglesHP : Haute PressionBP : Basse PressionCAR : Centre d’Analyses et de RechercheCUS : Communauté Urbaine de StrasbourgDIB : Déchets Industriels BanalsES : Electricité de StrasbourgPCI : Pouvoir calorifique inférieurSCR: Selective Catalytic ReductionVLE : Valeur Limite d’EmissionTransfo 1 : transformateur 1Transfo 2 : transformateur 2Transfo 3 : transformateur 3Transfo 4 : transformateur 4VTs : Ventilateur de Tirage SecoursVT : Ventilateur de TirageGES : Groupe Electrogène de SecoursCom : Commun1 kJ = 0,00028 kwh1 kwh = 860 kcal = 3600 kJ1 thermie = 1 000 kcal = 4,1855 MJUnités de conversionBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg10
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008INTRODUCTIONPour des raisons environnementales ou par souci de rentabilité, les économies d’énergiereviennent à la mode. En France, dans le cadre de la relance de la politique de maîtrise del’énergie, l’ADEME incite les acteurs industriels à l’utilisation rationnelle de l’énergie etbeaucoup d’entreprises se penchent aujourd’hui sur les moyens à mettre en œuvre en matièred’économie d’énergie. Les différentes économies tendent à satisfaire l'objectif de la loi deprogramme du 13 juillet 2005 de réduire de 2 % l'intensité énergétique annuelle de la France d'ici2015 et rappellent que la maîtrise des consommations d’énergie est affichée comme une prioriténationale.Malgré une baisse de l’ordre de 0,8% par an de l’intensité énergétique sur les 20 dernièresannées, la consommation finale n’a cessé d’augmenter jusqu’en 2004.L’année 2005 est lapremière année de stabilisation de la consommation énergétique en France, en raison, notammentdes modifications de comportement visant à économiser l’énergie, de la hausse des prix del’énergie, de la raréfaction des ressources en énergies fossiles.La société PROTIRES, gestionnaire de l’usine d’incinération des ordures ménagères deStrasbourg s’est engagée dans cette voie d’économies énergétiques en réalisant son bilanénergétique de l’année 2007. C’est pour elle l’occasion de faire un check up de tous les postesconsommateurs d’énergie et de désigner les points sensibles où des économies d’énergie sontréalisables. Le bilan énergétique est un élément clé préalable à l’optimisation desconsommations.La réalisation de ce bilan énergétique a fait l’objet des six mois de stage que j’ai effectué au seinde l’usine et ce présent rapport en donne les résultats. Il s’articule autour de quatre grands points.Dans un premier temps nous présenterons l’usine et son mode de fonctionnement (allant de laréception des déchets à la production d’énergie ainsi que la gestion des résidus d’incinération).La seconde partie sera consacrée à la consommation énergétique interne pour les besoins del’usine, ensuite nous établirons dans une troisième partie le bilan énergétique de l’usine et enfinla dernière partie consacrée aux éventuelles économies d’énergies.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg11
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Chapitre I : Présentation et fonctionnement de l’usineAvant de réaliser le bilan énergétique proprement dit, il nous parait important de connaitre lesdifférents mécanismes de fonctionnement de l’usine.I- PrésentationL’usine d’incinération de Strasbourg située 3, route de Rohrschollen, a été mise en service en1974. Le site est implanté à l’intérieur de la zone industrielle du port du Rhin. Il est bordé :- au nord : par des bois puis un bras de la Darse IV- à l’Est par le canal d’Alsace- au sud : par la société Recyclase- à l’ouest par la Darse IVLa capacité nominale de l’usine est de 350 000 tonnes/an. Elle fonctionne avec quatre fours àgrilles avec valorisation énergétique sous forme de vapeur et d’électricité. Chaque four a unecapacité de 11 tonnes/heure.En juin 1996, une plate-forme de traitement des mâchefers a été mise en place sur un terrainproche de l’usine de 30 000 m2 non inondable dont 26 000 m2 ont été étanchéifiés pour évitertoute infiltration d’eau polluée dans les sols et les eaux souterraines. Un bassin de 1 700 m3 derétention récupère les eaux de pluies et les rejets aqueux, qui sont pompées vers l’usine pour êtretraitées avant de rejoindre le réseau d’assainissement.L’usine et la plate-forme de mâchefers sont certifiées ISO 9001, ISO 14001 et OHSAS 18001.Les activités du site sont réglementées par l’arrêté préfectoral du 22 juin 2006.Propriétaire de l’usine d’incinération des ordures ménagères, la Communauté Urbaine deStrasbourg a confié à la société PROTIRES, en janvier 1995, deux contrats d’une durée de 15ans pour :• L’exploitation de l’usine d’incinération• Et la valorisation de la combustion des déchets par production de vapeur, d’électricité etde mâchefer.Filiale d’EDF, le capital de PROTIRES est détenu par trois actionnaires :• 51 % Pronergies (100% Electricité de France)• 34 % Fipares (100% Electricité de Strasbourg)• 15 % Tiru (51 % Electricité de France)L’usine, la valorisation énergétique et la valorisation des sous produits sont exploitées avec uneffectif de 52 personnes réparties comme suit: exploitation en roulement de 3*8 18 personnes entretien et divers en 4 services 28 personnes direction et administratif 6 personnesBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg12
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008La mission de PROTIRES dans le cadre de ces contrats est d’assurer le bon fonctionnement desinstallations tout en optimisant la valorisation vapeur et électrique et en valorisant les mâcheferstraités dans des travaux routiers ou autres conformément à la réglementation en vigueur.Les actions principales correspondent à : optimiser la valorisation énergétique obtenue à partir de l’incinération des déchetsde façon à garantir aux industriels leurs besoins de vapeur en permanence tout enmaintenant une production maximale d’électricité produire un mâchefer valorisable en permanence en optimisant la combustion desdéchets extraire le maximum d’éléments ferreux et non ferreux des mâchefers de façon àgarantir un mâchefer de qualité pour le secteur des travaux publics respecter les règles d’ECO EMBALLAGES pour la valorisation en sidérurgie desmétaux ferreux et non ferreux tout en optimisant les prix de vente maintenir les certifications ISO 9002 et 14 001 pour la plate-forme de traitementdes mâchefers finaliser des contrats avec les entreprises de travaux publics de façon à utiliser etpromouvoir les mâchefers comme matériaux de substitution aux agrégats naturels.II- Historique de la gestion des déchets à StrasbourgAvant 1974, la totalité des déchets de la Communauté Urbaine de Strasbourg (CUS) estmise en décharge sans aucune valorisation matière ou énergétique. Les décharges étaient situéesau nord et au sud de Strasbourg.En 1974, est mise en service l’Usine d’Incinération des Ordures Ménagère (UIOM), avec3 groupes four chaudière. La commande et le contrôle sont centralisés, mais avec gestionmanuelle quasi totale des équipements.En 1977, un Groupe Turbo-Alternateur (GTA 1) à contre pression de 2 000 kW permet, àcette époque, d’assurer les besoins en électricité de l’UIOM. Poursuivant cet objectif devalorisation énergétique, un réseau de distribution vapeur est inauguré en 1978, alimentant troisentreprises voisines.Dans le courant de l’année 1984, on assiste à la construction et à la mise en service d’un4ème groupe four chaudière. La capacité de stockage des déchets augmente de 3 000 m 3Dès 1995, la CUS investit dans un traitement complémentaire des fumées par lavagehumide des gaz. Une nouvelle salle de contrôle avec gestion des matériels par automates sur unsystème de supervision est créée. De même, tous les équipements électriques (transformateurs,tableaux électriques, câbles) sont remplacés.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg13
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Le 8 janvier 1995, la CUS, propriétaire de l’UIOM engage avec PROTIRES S.A. deux contratsd'une durée de quinze ans pour :- l'exploitation de l'usine d'incinération,- et la valorisation de la combustion des déchets par production de vapeur,d’électricité et de mâchefers dans le cadre d'une concession de délégation de servicepublic.La mise en œuvre, en juin 1996, de la Plateforme de Traitement des Mâchefers (PTM) marqueune nouvelle étape dans la valorisation des déchets. Installée sur un terrain de 30 000 m 2 voisinde l’UIOM, elle a été conçue dans un souci de sécurité maximale. Le site a bien sûr été construitsur un terrain non inondable, mais en plus, 26 000 m 2 ont été étanchéifiés pour éviter touteinfiltration de l’eau d’égouttage des mâchefers dans la nappe phréatique. Enfin, un bassin deréception de 1 700 m 3 recueille les rejets aqueux qui, pompés vers UIOM, sont traités avant leurrejet vers le réseau d’assainissement de la CUS.En installant en 1996 un nouveau Groupe Turbo-Alternateur (GTA 2) à condensation, capable deproduire jusqu’à 22 MW, PROTIRES a fait le choix d’optimiser la valorisation de l’énergieproduite par recyclage des déchets. Cette nouvelle installation est capable de faire face àl’augmentation du volume de déchets à recycler lors des 15 prochaines années. D'une capacité de350 000 tonnes annuelles, l’UIOM valorise l’ensemble des déchets traités.A partir de 1997, divers travaux sont effectués tant à l’usine, comme la modification du quai deréception des déchets par la mise en place de plans inclinés au déchargement des camions, quesur la plateforme, par l’amélioration de la qualité de traitement des mâchefers par la mise enplace d’un broyeur avec séparation de la fraction supérieure à 60 mm.En 1998, PROTIRES obtient la certification AFAQ ISO 9002 pour le traitement, stockage dumâchefer et vente de ferrailles, de métaux non-ferreux et de grave destinée aux travaux publics.Poursuivant cette politique, 2000 est l’année où la certification ECOPASS 14001 est acquisepour l’activité de traitement, stockage du mâchefer et vente de ferrailles, de métaux non-ferreuxet de grave destinée aux travaux publics.Conformément à ses engagements environnementaux, PROTIRES organise en 2001, son premiertransport de mâchefer par voie fluviale pour valorisation en Lorraine.2002 voit la mise en place d'une deuxième ligne d'extraction de l'aluminium et métaux nonferreuxprésents dans le mâchefer. La même année, PROTIRES devient une entreprise paractions simplifiées (SAS).En 2004, PROTIRES obtient la double certification ISO 9001 version 2000 et ISO 14001 (1996)pour l’ensemble de ses activités (UIOM + PTM).En 2005, PROTIRES se présente à la certification ISO 14001 (2004) pour l’ensemble de sesactivités. Le système est également complété selon les exigences OHSAS 18001 (1999). De plus,un traitement complémentaire de fumées est intégré au process existant pour répondre auxnouvelles exigences européennes notamment le traitement des fumées.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg14
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008III- Fonctionnement de l’usineL’incinération des déchets est un traitement thermique qui utilise les procédés de combustion oude thermolyse. Brûler les déchets libère une énergie qui est valorisée sous forme de vapeur et/oud’électricité. La méthode employée par l’usine de Strasbourg, la combustion, s’effectue dans desfours adaptés.Le principe de base de la combustion est de « mélanger » des matières combustibles, les déchets,avec de l’oxygène de l’air et d’accroitre leur température pour atteindre leur pointd’inflammation. La réaction qui se produit dans le four dégage beaucoup de chaleur. Un desparamètres de choix de la filière d’incinération est le Pouvoir Calorifique Inférieur (PCI) quidéfinit la quantité d’énergie dégagée lors de la combustion d’un corps. La plus grande difficultédu procédé, liée à l’hétérogénéité des déchets est de trouver le bon mélange combustible-air.L’enjeu étant d’obtenir la meilleure combustion, celle qui aboutira au minimum d’imbrûlés etgénéra une pollution atmosphérique minimale.Bien qu’elle continue de souffrir d’une mauvaise image dans l’opinion, l’incinération desdéchets présente plusieurs avantages. Elle permet de :- Réduire le volume des déchets incinérés de 90 %.- Concentrer leurs principaux polluants dans les résidus d’épuration des fumées, qui sontensuite captés et traités, évitant ainsi leur dispersion dans l’air.- Détruire les polluants biologiques (microbes, virus ou germes, sources d’épidémies).- Produire de l’énergie (valorisation énergétique), qui peut permettre à l’usine des’autoalimenter. La vapeur peut aussi approvisionner des réseaux de chauffage urbain,des bâtiments publics, ou être transformée en électricité. Cette valorisation réduit lerecours aux énergies fossiles et constitue une source d’énergie renouvelable.3.1- Temps de fonctionnement des groupes fours-chaudièresUne usine d’incinération fonctionne normalement 24h/24h et 365 jours/365. Mais pour desraisons techniques les fours-chaudières peuvent être arrêtés soit pour :- une révision générale des installations- réparer une panne- éviter le dépassement des 60 heures par année autorisées par la réglementationpour les émissions gazeux.Il faut noter que tous les dix huit mois un four chaudière est arrêté pour révision et que chaqueannée, l’usine observe un arrêt général.Les temps de fonctionnement des quatre groupes fours-chaudière au cours de l’année 2007 sontreprésentés dans le tableau ci-après.Disponible àl’arrêtEn service IndisponibilitéprogramméeIndisponibilitéfortuiteHeures % Heures % Heures % Heures %Four 1 775 8,85% 5 852,5 66,81% 1 535,5 17,53% 597 6,82Four 2 1 607,5 18,35% 6 576,5 75,07% 483,5 5,52% 92,50 1,06%Four 3 53 0,61% 6 484 74,02% 2 061,5 23,53% 161,50 1,84%Four 4 37 0,42% 7 189 82,07% 1 218 13,90% 316 3,61%Total 2 472,5 7,06% 26 102 74,49% 5 298,5 15,12% 1 167 3,33%Tableau 1: temps de fonctionnement de l'usine en 2007Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg15
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Le diagramme ci-dessous représente le pourcentage de disponibilité et d’indisponibilité desfours-chaudières au cours de l’année 2007.Disponibilité des fours-chaudières15%3%7%Disponible à l'arrêtEn serviceIndisponibilitéprogrammée75%Indisponibilité fortuiteDiagramme 1: disponibilité des fours-chaudièresLa société PROTIRES a en charge l’entretien des circuits vapeur et retours condensats de sestrois clients. Outre l’arrêt général des installations usine, d’autres arrêts de livraison vapeur sontnécessaires pour intervention de dépannage ou entretien préventif. Les dates d’arrêts sontprogrammées d’un commun accord entre PROTIRES et le client.Les taux de disponibilité du matériel des clients pour l’année 2007 sont :- Industriel SIL FALA 99 %- Industriel Sensient Flavor 93 %- Industriel Général Motors 96 %3.2- Pesage et Réception des déchetsLe périmètre de collecte des déchets s’étend sur l’ensemble du département bas-rhinois. La CUSétant la principale zone de ramassage, en terme de volume, suivi par le SIVOM de Molsheim, leSIVOM nord Bas-Rhin (Wissembourg) et de façon sporadique les SIVOMS d’Haguenau etSélestat.Les bennes chargées de déchets arrivant à l’usine passent par un portique de détection deradioactivité (photo 1). Elles sont automatiquement pesés sur le pont bascule (photo 2) grâce àune reconnaissance par badge personnalisé à leur entrée dans l’usine puis à leur départ. Oncalcule ainsi les quantités qu’ils déversent dans la fosse de réception.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg16
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Photo 1: portique de détection de la radioactivitéPhoto 2: pont bascule de 50 tonnesLe contrôle des déchargements est assuré par les agents de la Communauté Urbaine deStrasbourg, en partenariat avec l’exploitant.L’usine a deux ponts bascules de 50 tonnes chacun. Cette identification ouvre les barrièresd’accès au site. Les véhicules manœuvrent ensuite dans le hall de déchargement (photo 3). où ilsdéversent les déchets dans la fosse de réception d’une capacité de 4 900 m3 et d’une fosse destockage de 2 900 m3 et continuellement en dépression. La mise en dépression de la fossepermet d’éviter la dispersion des poussières, des papiers et des odeurs à l’extérieur du bâtiment.L’air ainsi aspiré contribue au soufflage de l’air primaire dans les fours.Photo 3: halle de déchargementLe tableau ci-dessous détaille les quantités de déchets reçus à l’usine au cours de l’année 2007.OM DIB Total réalisé Total réalisé 2006 Ecart en %Janvier 19 436,020 1 846,000 21 282,020 22 023,900 -3,37%Février 17 740,520 1 750,580 19 454,860 19 007,960 2,35%Mars 20 597,560 1 735,480 22 333,040 22 879,360 -2,39%Avril 21 351,840 1 035,040 22 386,880 21 326,320 4,97%Mai 22 354,000 1 392,820 23 746,820 25 567,960 -7,12%Juin 23 918,080 1 633,500 25 551,580 24 590,840 3,91%Juillet 21 232,420 1 328,600 22 560,780 21 297,790 5,93%Août 22 536,420 1 900,160 24 436,580 23 389,340 4,48%Septembre 20 970,580 2 257,440 23 228,020 24 733,940 -6,09%Octobre 22 517,060 2 756,660 25 273,720 25 478,380 -0,80%Novembre 20 854,540 2 850,620 23 705,160 23 159,040 2,36%Décembre 17 863,060 2 107,440 19 970,500 21 180,200 -5,71%Total 251 371,860 22 594,340 273 929,960 274 635,030 -0,26%Tableau 2: flux de déchets 2007 (tonnes)Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg17
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 20083.3- Production d’énergieUne fois les déchets déversés dans la fosse, ils sont repris par deux grappins de 6 m3 chacun quialimentent la combustion des fours. Le four est l’enceinte où s’opère la réaction exothermique decombustion des déchets. L’usine dispose de 4 fours à grille d’une capacité nominale de 11t/hchacun et d’une capacité maximale de 14 t/h. La combustion se fait par injection d’air primaireou air comburant et d’air secondaire. L’air comburant intervient dans combustion des déchetstandis que l’air secondaire intervient dans la post combustion des gaz dans le foyer.La température de combustion s’élève à 1200 °C. Les gaz de combustion sont portés à unetempérature de 850 °C pendant au moins deux secondes afin de détruire les composés organiquesprésents dans les ordures, y compris une partie des dioxines et ceux qui se forment au cours de lacombustion.Les gaz de combustion sont ensuite refroidis par de l’eau déminéralisée, dégazée et réchaufféeprovenant de la bâche alimentaire et injectée dans le ballon de la chaudière. La chaleur de cesgaz est ainsi récupérée sous forme de vapeur.La vapeur issue des quatre fours est recueillie dans un collecteur (barillet) Haute Pression (HP).Du collecteur, une partie de vapeur est fournie aux clients et l’autre partie est convertie enénergie électrique par un turbo-alternateur.L’ensemble du dispositif est surveillé depuis le poste de commande : alimentation des fours,sortie des mâchefers, production d’énergie, traitement des fumées, …3.3.1 Bâches d’appoint et alimentairesL’eau alimentaire utilisée par l’usine est prise dans deux forages et envoyée dans les bâchesalimentaires après traitement sur résines anioniques et cationiques. L’usine comporte deuxbâches alimentaires et une bâche d’appoint. Seule la bâche alimentaire n°1 ou bâche principale(photo 4) est utilisée, la bâche n°2 assurant un secours en cas d’intervention particulière. Lapression et les niveaux de chacune des bâches sont régulés.La bâche d’appoint reçoit de l’eau déminéralisée pour compenser les pertes d’eau du circuiteau/vapeur (annexe 5)Photo 4: bâche alimentaire N°1La bâche d’eau alimentaire n°1 constitue la réserve nécessaire d’eau d’alimentation de façon àpermettre en cas de panne de courant l’arrêt sans danger des chaudières. Elle dispose égalementd’une injection de réactifs nécessaires pour la stabilisation du pH, et la prévention des dépôtsdans les chaudières.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg18
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Les caractéristiques des différentes bâches sont représentées dans le tableau qui suit.Pression deservice barVolume m 3 Température °CMini Max utile brut Nom MaxBâche d'appoint 1 1 50 64 30 95Bâche alimentaire n° 1 11 14 48,1 62 195 250Bâche alimentaire n° 2 15,5 14 24,6 30 160 250Ballon de purge 1 1 2,6 3Tableau 3: bâche alimentaire 1 et 2, bâche d'appoint et ballon de purge3.3.2 Les chaudièresLa chaudière « intégrée » dans les parois du four a pour rôle de récupérer et valoriser l’énergiecontenue dans les fumées pour la production de vapeur d’eau surchauffée à 27 bars et 340°C.Les quatre chaudières sont identiques et ont une capacité nominale de 35 tonnes/heure de vapeuret un débit maximale de 42t/h. Chaque chaudière est composée de 3 grands sous-ensemblestotalisant un volume de 55,64 m3 :- l’économiseur permet le réchauffage de l’eau alimentaire. Sa surface d’échangeest de 218 m2.- la chaudière proprement dite, avec ses tubes d’eau et ses tubes vaporisateursd’une surface de 2 610 m2 produit de la vapeur saturée à 31 bars (pression maxi :35 bars)- le surchauffeur permet d’obtenir de la vapeur sèche à 340 °C. Sa surfaced’échange est de 247 m2Les chaudières de l’usine sont de type « verticale » et sont montées directement au dessus dufour VON ROLL. Elles sont alimentées par de l’eau déminéralisée et dégazée provenant de labâche alimentaire afin d’éviter les entartrages et corrosions acides dans les tubes de chaudière,ainsi que des entrainements d’eau et de sel dans la vapeur pouvant détériorer les soupapes deréglages et les ailettes de turbine. Le ballon chaudière est l’organe sur lequel est prélevée lavapeur issue de la chaudière.La production d’énergie sous forme vapeur s’effectue grâce aux échanges thermiques entre lesgaz de combustion et l’eau alimentaire dégazée.3.3.3 Le collecteur de vapeur Haute Pression (HP)A la sortie du surchauffeur, la vapeur est dirigée vers le collecteur HP (Photo 5) au travers de lavanne motorisée VVC appelée vanne principale, ouverte en service .Le collecteur HP a pour fonction de récupérer la vapeur haute pression (27 bars, 340°C) produitepar les quatre chaudières et de la distribuer vers les différents organes utilisateurs ouconsommateurs de l’usine comme le GTA1 et le GTA2, le réchauffage des bâches alimentaireset les turbopompes alimentaires ou vers les déverseurs afin d’alimenter le réseau vapeur BassePression (BP) à 14 bars (annexe 5). Ce circuit BP est utilisé comme réseau de distribution verstrois clients qui sont : Sensient et General Motors (clients sud) d’une part et d’autre part Sils FalaBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg19
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008(client nord). Le réseau 14 bars alimente aussi certains auxiliaires nécessaires au fonctionnementde l’usine (réchauffeur d’air comburant, réchauffeur BP2 installé sur le circuit de réchauffagecondensats GTA2, chauffage usine, …).Lors d'un démarrage ou d'un arrêt chaudière, si la pression n'est pas suffisante pour débiter sur leréseau HP, il est possible d'alimenter directement le réseau BP (si P o > réseau BP), via uncollecteur de démarrage (Photo 6) couplé au collecteur HP, en pilotant depuis la salle decommande le déverseur de démarrage A.PHV 101 SP.Photo 5: collecteur de vapeur HPPhoto 6: collecteur de démarrage3.4- Fourniture de la vapeur aux clientsLa livraison de la vapeur est localisée dans le voisinage immédiat de l’usine par un réseau vapeurconstitué de deux branches au départ de l’usine et s’étendant sur près de quatre kilomètres. Cesont trois industriels à proximité de l’usine, qui achètent la vapeur utilisée pour le chauffage deleurs locaux et dans leurs procédés industriels (carte 1). La vapeur fournie est garantie parPROTIRES à 13 bars et 250°C. Elle est prioritaire par rapport à la valorisation électrique,puisqu’elle est plus rentable, mais ne représente pas la majorité de la production de l’usine.Après utilisation de la vapeur par les clients, les condensats sont renvoyés à l’usine.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg20
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Carte 1: plan du réseau vapeurLa vapeur fournie à chaque client en 2007 est mentionnée dans le tableau ci-dessous.SENSIENT FALA POWERTRAIN TOTALFLAVORSJanvier 5 092 10 733 3 653 19 478Février 4 850 9 372 2 946 17 168Mars 6 192 8 847 2 818 17 658Avril 1 272 7 079 1 781 10 132Mai 5 742 8 066 1 414 15 222Juin 5 904 7 029 1 482 14 415Juillet 5 743 6 413 1 207 13 363Août 5 643 7 955 860 14 458Septembre 5 578 7 901 1 461 14 941Octobre 4 984 8 702 2 146 15 832Novembre 4 703 8 517 3 206 16 426Décembre 5 014 7 900 3 970 16 884Total 60 718 98 514 26 946 186 178Tableau 4: vente de vapeur (MWh)Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg21
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 20083.5- Production d’électricitéAprès avoir alimenté les clients, le reste de la vapeur est envoyée dans le GroupeTurboalternateur N°2 (GTA2) dans lequel elle se détend (Photo 7). A l’entrée du turboalternateur,la vapeur est à 27 bars 340 °C et elle ressort à 0,2 bar, 120°C. L’énergie mécaniqueainsi fournie par la turbine est alors transformée en électricité par l’alternateur entrainé sur lamême ligne d’arbre.Après détente dans les différents étages de la turbine, la vapeur est condensée puis reprise sousforme liquide par des pompes d’extraction et renvoyée dans la bâche alimentaire.Une partie de l’électricité produite est auto-consommée pour les besoins de l’usine et le reste estvendu à Electricité de Strasbourg (ES). Aujourd’hui 20 000 foyers de la CUS bénéficient toutel’année de l’électricité produite à partir des déchets.L’usine dispose de deux turbines le GTA 1 (2MW) installé en 1977 (Photo 8) qui est uneturbine à contre-pression et le GTA2 (22MW) installé en 1996 qui est une turbine àcondensation. Seul le GTA2 fonctionne, le GTA1 étant utilisé en cas d’arrêt du GTA2. Le GTA2alimente le nouveau poste ES et le GTA1 alimente l’ancien poste ES.Photo 7: Groupe Turbo-alternateur 2 Photo 8: Groupe Turbo-alternateur 1Le tableau ci-après donne le bilan de la production et de la vente de l’électricité.ElectricitéProduite kWh Heures de marche du GTA Autoconsommée kWh Vendue kWhJanvier 5 750 592 713,50 2 010 197 3 740 395Février 5 436 672 671,25 1 935 991 3 500 681Mars 5 683 456 730,93 2 144 195 3 539 261Avril 7 294 784 654,75 1 954 508 5 340 276Mai 8 144 896 646,75 2 133 749 6 011 147Juin 7 558 464 715,50 2 248 838 5 309 626Juillet 8 143 936 744,00 2 223 898 5 920 038Août 7 056 000 740,75 2 204 221 4 851 779Septembre 8 017 920 720,00 2 285 904 5 732 016Octobre 6 052 928 667,50 1 894 309 4 158 619Novembre 6 562 752 720,00 2 180 277 4 382 475Décembre 4 516 864 588,25 1 710 969 2 805 895Total 80 219 624 8 313,18 24 927 416 55 292 208Tableau 5: valorisation énergie 2007Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg22
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 20083.6- Traitement des fuméesLes fumées issues de l’incinération sont traitées pour limiter les rejets dans l’atmosphère :poussières, métaux lourds, acides…….A ce jour, et en respect de la réglementation en vigueur les fumées issues de la combustion sonttraitées de la façon suivante :3.6.1 Dépoussiérage sur électrofiltresEn sortie de chaudières, les fumées subissent un traitement par séparation électrique en phasesèche dans un ensemble de trois électrofiltres. L’électrofiltre se présente sous la forme dechambre en tôle comportant des trémies à poussières. L’intérieur est compartimenté à l’aide deplaques reliées par des fils électriques à haute tension. Le champ électrique qui en résulte, exercesur les poussières chargées électriquement une force qui les précipite sur les plaques réceptricesavant de tomber dans la trémie d’où elles sont évacuées et stockées dans un silo. Celles restéessur les plaques, sont décollées par un frappage périodique.3.6.2 Le lavage par voie humideLe traitement efficace des fumées a nécessité la mise en œuvre de deux laveurs de formecylindrique (annexe 9). Les gaz arrivent en partie basse et traversent de bas en haut :• Un étage de traitement pour neutraliser le HCl et le HF,• Une rampe de pulvérisation de lait de chaux pour la neutralisation des gaz acidesabsorbés (4 kg / t de déchets), et le piégeage du SO 2 ,• Un séparateur de gouttelettes pour dissocier les phases liquide et solide.1 er parcours : Le lavage acide crée des phénomènes d’absorption physique utilisant lespropriétés de solubilité des gaz dans les liquides. L’eau injectée par pulvérisation à hautepression finalise le processus de saturation des gaz et absorbe la majeure partie du HCl, du HF etdes métaux lourds.2 ème parcours : Le lavage basique résulte de phénomènes par absorption et réaction chimiqueutilisant les réactions acido-basiques. Il a pour but d’éliminer le SO 2 en le faisant réagir avec dela soude :SO 2 + 2 NaOH Na 2 SO 4 + H 23.6.3 Le traitement par procédé SCR des dioxines et furanesDepuis le 28 décembre 2005 et en respect de la réglementation européenne en vigueur à cettedate, les fumées, en plus du dépoussiérage et du lavage humide, sont traitées par un procédé SCR(Selective Catalytic Reduction) afin de détruire les dioxines et les oxydes d’azote.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg23
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Les réacteurs catalytiques transforment les oxydes d’azote par réaction chimique avecl’ammoniac, en azote, gaz inoffensif. Les fumées sont chauffées à la température de 240°C enfinde permettre cette réaction.Une fois traitées, les fumées sont aspirées à l’aide d’un ventilateur et rejetées par une cheminéed’une hauteur de 90 mètres. Un silencieux d’un diamètre de 800 mm est placé à l’embouchure dela cheminée.3.7- Description des rejetsUne usine d’incinération d’ordures ménagères en fonctionnement normal est à l’origine d’uncertain nombre de rejets dans l’environnement.3.7.1 Rejets aqueuxL’Usine d’incinération de PROTIRES produit des effluents liquides de différente nature. Ceseffluents sont traités sur le site avant rejet dans la Darse ou dans le réseau CUS.Le principe de fonctionnement consiste d’une part à recueillir les eaux de pluie qui, après untraitement sont rejetées dans la Darse et d’autres part à recueillir les eaux chargées ou souilléesqui, après un traitement physico-chimique complet, seront rejetées dans le réseau CUS.3.7.1.1 Rejet DarseSeules les eaux de pluies après passage dans le séparateur à hydrocarbures arrivent dans le bassinde pollution.Avant le rejet dans la Darse, il ya :- une mesure du pH- une mesure de la température- une mesure du débit3.7.1.2 AssainissementLes eaux chargées ou souillées passent par un dégrilleur, un décanteur, un bassin tampon etéventuellement une des deux fosses de neutralisation (Photo 9) si nécessaire, avant d’êtreévacuées vers la station de relevage des eaux neutralisés. De là, elles sont rejetées dans le réseauCUS.Remarques :- La dilution des rejets aqueux aux fins de répondre aux valeurs limites de rejet estinterdite.- L’épandage des effluents aqueux issus des installations de traitement de déchets estinterdit.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg24
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008PROTIRES possède un laboratoire (Photo 10) intégré qui permet de contrôler la qualité de l’eaude process et des rejets.Photo 9: bassin de traitement des eauxPhoto 10: laboratoire d'analyse3.7.2 Rejets atmosphériquesLes rejets atmosphériques contiennent de nombreux composés chimiques présents en quantité eten qualité variables dans les fumées. Le type et la concentration des substances émises dépendentessentiellement du procédé d’incinération, du type de déchets brûlés, des conditions decombustion et du dispositif de traitement des déchets. Certaines substances sont inhérentes à lanature des déchets incinérés, d’autres sont formées au cours de la combustion incomplète desdéchets, ou encore lors du refroidissement des gaz. Les principales substances concernées sont leCO, les NOx, le SO2, l’HCL, les dioxines, furanes et PCB, les poussières et certains métauxlourds. Pour ces substances, la loi fixe une durée maximale de 4 heures consécutives et 60 heurescumulées par an en cas de dépassement d’une VLE (Valeur Limite d’Emission) dans l’air. Lecumul des 60 heures est calculé sur l’année calendaire.Le mode de calcul du temps de dépassement (T dépassement) par polluant est le suivant :T dépassement d’un polluant = Nb dépassement d’un polluant x TAvec :Nb dépassement : nombre de moyennes demi-heures pour lesquelles la Valeur Limite d’Emissiondu polluant est dépasséeT : temps servant de base au calcul de la moyenne (une demi-heure ou 10 minutes pour le CO)Les temps de dépassement des VLE d’un ou plusieurs polluants est calculé par ligned’incinération. Dans le cas d’un dépassement simultané de plusieurs polluants c’est le premierpolluant dépassant la VLE qui déclenche le compteur.Les dépassements au cours de l’année 2007 sont mentionnés dans le tableau ci-dessous.HCL CO 10’ NOx SO2 COT Poussières TotalLigne N°1 0,0 4,3 20,5 1,5 0,5 3,5 30,3Ligne N°2 0,0 5,6 37,5 5,0 5,0 6,5 59,6Ligne N°3 0,0 0,0 13,5 5,0 0,0 1,5 20,0Ligne N°4 0,0 0,2 15,5 6,5 2,5 1,5 26,5Tableau 6: dépassement des VLE en 2007Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg25
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 20083.7.3 Résidus solides3.7.3.1 Les mâchefers (partie non combustible des déchets)Les mâchefers sont les résidus de l’incinération des ordures ménagères ressortant à la base dufour et constitués des matériaux plus ou moins incombustibles que contenait le déchet traité.PROTIRES transforme les mâchefers en matériaux facilement utilisable en remblais pour lestravaux publics, ce qui limite l’usage des gravats naturels.Mise en service en 1996, la plate-forme de traitement des mâchefers intégrée à l’usine offre unecapacité de 130 000 tonnes par an. Son mode d’évacuation fluviale des surplus éventuels versdes sociétés partenaires permet la valorisation de la totalité des mâchefers produits. En 2007,PROTIRES a traité et valorisé 77 500 tonnes de mâchefers. De multiples entreprises tant enAlsace, en Lorraine qu’en Allemagne sont intéressées par l’utilisation du mâchefer.Les mâchefers produits par l’incinération des ordures ménagères sont récupérés par des goulottessituées sous le four et sont acheminés vers les canaux mâchefers.Les mâchefers, dès leur arrivée sur la plateforme de traitement, sont stockés un mois pourégouttage. Transportés par des chargeuses sur pneus, les mâchefers sont séparés des gros objets(supérieur à 250 mm) par une grille, puis acheminés par tapis roulant vers un crible rotatif (sortede grand tamis). Une fraction inférieure à 15mm est extraite, puis un crible vibrant sépare lesfines (0-8 mm) constituant une partie du produit fini. Le reste est traité par un déferrailleursecondaire et un séparateur à courant de Foucault avant d’être dirigé comme produit fini. Uneautre fraction de 15 à 40 mm soustraite du crible rotatif est acheminée vers un autre déferrailleursecondaire, et ensuite vers un second séparateur à courant de Foucault. La dernière fraction(supérieure à 40mm), issue du crible rotatif, est traitée par un déferrailleur principal avant d’êtretraitée sur une deuxième ligne de traitement (La Lavandière) qui complète le tri des métaux. Leproduit fini est déposé dans la zone de stockage.Les quantités de mâchefers produits et commercialisés sont mentionnées dans le tableau suivant.Mâchefers brutsMâchefersbruts enstockProduction desmâcheferscommercialisables(estimations)Tableau 7: production de mâchefersMâchefersvendusMâcheferscommercialisablesen stock(estimations)Tonnes % Tonnes Tonnes Tonnes TonnesincinérésJanvier 5 773,49 27,53% 13 376,08 6 761,92 4 854,32 5 433,00Février 5 246,95 27,32% 13 495,00 7 458,24 2 134,01 10 757,23Mars 6 060,25 26,46% 10 110,00 6 804,00 9 543,05 8 018,18Avril 5 701,92 28,68% 9 621,00 7 090,02 4 111,06 7 477,00Mai 6 871,77 28,89% 13 222,00 3 927,00 1 974,97 8 900,00Juin 6 221,32 24,77% 9 870,00 9 963,18 3 797,67 14 795,51Juillet 6 543,70 26,25% 16 380,00 3 711,00 9 980,02 1 500,00Août 6 736,70 28,65% 15 281,00 4 341,67 1 976,41 3 865,46Septembre 5 420,76 22,50% 13 737,00 5 909,00 2 536,94 7 237,52Octobre 6 420,15 30,40% 12 407,00 7 607,00 2 152,08 12 692,44Novembre 6 563,32 29,2% 14 765,94 3 262,00 6 120,10 9 834,34Décembre 5 197,99 26,5% 16 296,96 3 690,75 12 956,10 568,99Total 72 758,32 27,18% 70 255,98 62 136,73 84 569,67Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg26
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 20083.7.3.2 Les cendres volantesDans les électrofiltres, on capte 99,9% des cendres volantes (REFIOM). Une fois récupérées,elles sont stockées en silo (Photo 11) puis transportées en centre de stockage pour déchetsultimes afin d’être stabilisées et enfouies en alvéoles étanches.3.7.3.3 Les Boues ou gâteauxLe liquide de lavage des fumées concentre des polluants. Il est traité au sein de l’usine. Aprèsdécantation et filtration, les boues issues de ce traitement sont stockées dans des bennes(Photo 12) puis évacuées vers un centre de stockage pour déchets ultimes.Photo 11: silo de stockage des cendres volantesPhoto 12: bennes de stockage des boues sèchesLe tableau ci-dessous présente les quantités de boues et de gâteaux produit par l’usine en 2007.Boues (gâteaux)CendresTonnes % incinérés Tonnes % incinérésJanvier 16,74 0,08% 554,84 2,65%Février 41,01 0,21% 497,52 2,59%Mars 31,42 0,14% 539,68 2,36%Avril 54,78 0,28% 479,54 2,41%Mai 35,62 0,15% 601,26 2,53%Juin 55,58 0,22% 578,46 2,30%Juillet 55,56 0,22% 587,34 2,36%Août 21,40 0,09% 510,42 2,17%Septembre 38,64 0,16% 520,88 2,16%Octobre 34,62 0,16% 606,46 2,87%Novembre 56,36 0,25% 603,00 2,68%Décembre 7,98 0,04% 501,88 2,55%Total 449,74 0,17% 6 581,28 2,47%Tableau 8: production de boues sèches et de cendres volantesLe fonctionnement de l’usine est explicité par les annexes 1 à 12.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg27
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008IV- Conformité de l’usine vis-à-vis de la réglementationLes usines d’incinération sont réglementées par l’arrêté ministériel du 20 septembre 2002 relatifaux installations d’incinération et de co-incinération des déchets non dangereux et auxinstallations incinérant des déchets d’activité de soin à risques infectieux. Ce texte a été pris pourtransposer en droit national la directive européenne du 4 décembre 2000 relative à l’incinérationdes déchets.Ces textes prévoient notamment des mesures strictes pour traiter les fumées des usinesd’incinération. Les gaz issus de la combustion de déchets doivent être portés à 850°C pendantdeux secondes pour détruire les polluants organiques et font également l’objet d’une filtration etd’un traitement. Des valeurs limites d’émissions des gaz dans l’atmosphère sont fixées pour lesprincipaux polluants : dioxines (teneur limitée à 0,1 ng/m3), métaux (plomb, mercure, thallium,cadmium etc.), chlorure d’hydrogène, oxydes de soufre et d’azote, poussières. Une valeur limiteest fixée pour le monoxyde de carbone afin de s’assurer de la qualité de la combustion.L’arrêté ministériel du 20 septembre 2002 va en outre plus loin que la directive du 4 décembre2000 en imposant également un suivi de la présence éventuelle des dioxines et des métaux lourdsdans l’environnement des installations. Cet arrêté s’applique depuis le 28 décembre 2002 auxinstallations autorisées à compter de cette date et depuis le 28 décembre 2005 pour lesinstallations existantes (installations autorisées avant le 28 décembre 2002). Cette échéance du28 décembre 2005 a été respectée.L’application de l’arrêté du 20 septembre 2002 avait été anticipée pour les installations les plusrécentes par la circulaire du 24 février 1997 qui avait demandé d’imposer à toute nouvelleinstallation d’incinération d’ordures ménagères les valeurs limites à l’émission des rejetsatmosphériques (à l’exception des oxydes d’azote) ultérieurement retenues par la directive du 4décembre 2000.Auparavant, l’incinération des déchets ménagers était encadrée par l’arrêté ministériel du 25janvier 1991 pris pour transposer deux directives européennes datant de 1989. Cet arrêtés’appliquait pleinement aux installations existantes le 1er décembre 1996 pour celles d’unecapacité supérieure à 6 tonnes par heure et le 1er décembre 2000 pour celles d’une capacité plusfaible. L’application de cet arrêté a rencontré des difficultés et des installations ont continué defonctionner en infraction avec la réglementation. En fin d’année 2002, toutes les usinesd’incinération en France avaient été rendues conformes à ce texte ou fermées.En 2005, PROTIRES a mis en place le traitement catalytique des fumées afin de répondre auxnouvelles exigences européennes.Tous les rejets et émissions de l’usine font l’objet de contrôles périodiques continus parPROTIRES indépendamment de ceux inopinés ou non que l’inspection des installations classéespourra demander. Ces contrôles permettent un suivi du fonctionnement des installations et lasurveillance de leurs effets sur l’environnement. Les frais engendrés par l’ensemble de cescontrôles sont à la charge de PROTIRES.- contrôle des rejets atmosphériques- contrôle des rejets d’eaux résiduaires- contrôle des émissions de bruit- contrôle des conditions d’élimination des déchets- contrôle de la qualité des eaux souterrainesDeux piézomètres Est et Ouest en aval du site permettent de contrôler la qualité des eauxsouterraines.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg28
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 20084.1 Qualité des rejets gazeuxL‘Apave est l’organisme chargé d’effectuer des prélèvements sur les rejets gazeux de l’usinepour les analyser.Le tableau ci-dessous donne les valeurs de flux en tonnes/an des différents polluants pourl’année 2007.PolluantsFluxEntonnes/anAnnée2007273930tonnesincinéréesValeurs ArrêtéPréfectoralDu 28/04/1995En tonnes/anApplicable jusqu’au28/12/2005Valeurs réglementairesAM du 20/09/02En tonnes/anSur la base de 300 000 tonnesincinéréesApplicable au 28/12/2005Poussières 2,61 946 13.02HCL 4,60 1576.5 13.08CO 35,68 3153 65.39SO2 25,92 9459 65.31NOx 83,6 255.80Composés 5,51 630.6 10.94OrganiquesCOVHF 1,26 63.06 1.31Métaux lourds 0,22 157.6 0.44Pb+Cr+Cu+MnMétaux lourds 0.007 31.53 0.406Ni+AsMétaux lourdsCd+Hg0,032 6.30 0.157Dioxines etFurannes0,024grammesnéant 0.13grammesCFC < sd néant néantHCFC < sd néant néantN2O 4,55 néant néantSF6NondétecténéantnéantTableau 9: rejets gazeux mesurés à la sortie des fours< sd : valeur inférieure au seuil de détectionNous remarquons que toutes les valeurs respectent les impositions réglementaires.Les valeurs obtenues pour les polluants dits à « effet de serre « (CFC, HCFC, N2O et SF6) sontdonnées à titre indicatif et ne sont pas soumises, à ce jour, à des valeurs limites.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg29
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 20084.2 Qualité des rejets aqueuxAu niveau des rejets aqueux (réseau d’assainissement et milieu naturel), des contrôles sonteffectués de façon continue, hebdomadaire, mensuelle, trimestrielle et enfin inopinée.Les différents contrôles réalisés pour les rejets effectués dans le milieu naturel (Darse) donnentles résultats suivants :Paramètre Valeur mesurée Valeur réglementaireArrêté PréfectoralApplicable jusqu’au28/12/2005ValeurRéglementaire2000/76/CEApplicable au28/12/2005pH 7,57 5.5
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Le tableau suivant donne les valeurs de flux annuels rejetés dans le réseau d’assainissement.ParamètreFluxAnnuel en tonnesAnnée2007273930tonnesincinéréesValeur RéglementaireActuelleArrêtéPréfectoral etArrêté 25/01/91En tonnes/anApplicable jusqu’au28/12/2005ValeurRéglementaire2000/76/CEen tonnes/anApplicable au 28/12/2005Volume rejetéen m3475 665 620 500 620 500DCO 64,74 1240 77.5DBO5 8,19 496 496matières ensuspension25,73 372 95% / 30 mg/l100% /45 mg/lChlorures 1 934,33 3100 3100Fluorures 1,40 9.3 9.3Cyanures libres < 0,0062 0.062 0.062CNAzote Kjeldahl 3,03Phénols 0.07 0.31 0.31Hydrocarbures < 0,03 3.1 3.1Métaux lourdsChrome0,0054 0.062 0.062hexavalent Cr 6Cadmium Cd 0,004 0.124 0.031Plomb Pb 0,067 0.62 0.124Mercure Hg < 0,0004 0.031 0.0186Aluminium Al -Chrome total 0,041 0.31CrCuivre Cu 0,033 0.31Fer Fe -Nickel Ni < 0,0063 0.31Zinc Zn 0,1 0.93Etain Sn -Arsenic As 0,00057 0.31Thallium Th < 0,00055 0.031A.O.XComposés0,14 3.1hallogénésDioxinesFurannes< 0.186grammes0.186grammesTableau 11 : paramètres mesurés sur les rejets dans le réseau d'assainissementBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg31
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Chapitre II : Les besoins énergétiques de l’usineI. Les enjeux du bilan énergétiquePour une entreprise, les enjeux liés à la maîtrise des consommations énergétiques sont multiples.1.1 Les enjeux environnementauxL’entreprise qui s’engage dans une démarche d’économie d’énergie participe à la préservation del’environnement en :- réalisant des économies globales d'énergie et limitant le gaspillage,- réduisant la fréquence de collecte et de traitement des déchets (par exemple les ampoules etlampes).1.2 Les enjeux économiquesLes économies d’énergie réalisées à l’échelle de l’entreprise permettent également de dégagerdes bénéfices économiques qui vont au delà de la réduction de la facture énergétique. Ellespermettent également :- d'accroître sa compétitivité en consolidant son image auprès des actionnaires comme auprès desconsommateurs,- d'améliorer la rentabilité de l'entreprise en allégeant les charges d'exploitation,- d'augmenter la productivité par l'amélioration des conditions de production (meilleure gestiondes équipements, sécurisation des outils de production) et le contrôle qualité (par exemple par unmeilleur éclairage).1.3 Les enjeux sociauxEnfin, une politique de réduction de la consommation énergétique peut être l’occasion pourl’entreprise d’améliorer les conditions de travail par la réduction des inconforts (chauffage,éclairage) et des risques d'accident du travail.Quoiqu’il en soit, une telle démarche s’appuie sur la sensibilisation et la participation del’ensemble du personnel.II.MéthodologiePour faire le bilan énergétique, nous avons analysé la situation en prenant en compte l’ensembledes principaux postes de consommation énergétique. L’attention a été portée notamment sur lesprocess de l’usine, la gestion des utilités, ainsi que tout équipement consommateur.L’identification et la quantification des gisements potentiels d’économies se sont basées sur desdonnées de consommation suffisamment précises et représentatives.La méthodologie adoptée se présente comme suit :- visite de l’usine (visites des installations de production et de consommationd’énergie)Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg32
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008- collecte des informations générales relatives aux consommations d’énergie• un descriptif des installations « utilités » et « procédés »• des schémas et mode de fonctionnement• les moyens existant de suivi de comptage• les données de production• les études déjà réalisées dans le domaine énergétique- Relevés des caractéristiques des équipements présentant un potentiel d’économied’énergie- Diagnostic de l’état du matériel (tuyauterie vapeur, tuyauterie eau, circuit aircomprimé)- Campagnes de mesures (consommations d’énergie, température, temps defonctionnement)- Identification des actions potentiellement importantes d’économie d’énergieLes principaux équipements de mesures utilisés sont les suivants :- un fluke 434 pour les mesures des puissances électriques et des consommationsd’énergie des équipements (Photo 13)- des températures pour les mesures des températures des parois et surfaces chaudes(Photo 14)Photo 13: le fluke 434Photo 14: thermomètre de contactIII. Les dispositifs de comptageLes compteurs et les mesures représentent un aspect clé du fonctionnement d’une usined’incinération. La mesure de la production et de la consommation d’énergie (eau, gaz, vapeur,électricité) permet :- d’établir une comptabilité de la consommation- de participer à la maintenance et au diagnostic d’anomalies- de participer à la détermination et à la surveillance des projets énergétiquesBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg33
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008- de fournir des données importantes en vue du dimensionnement et de laconception des installations et de l’amélioration- d’établir une traçabilité du fonctionnement de l’usine3.1 Le comptage de la vapeurDans l’usine nous avons plusieurs dispositifs pour mesure la vapeur produite, consommée etvendue aux clients. Ainsi nous avons :- un débitmètre par four-chaudière pour mesurer la quantité de vapeur produite- un débitmètre à diaphragme pour le réchauffage des bâches alimentaires- un débitmètre pour les réchauffeurs d’air primaire- un débitmètre pour le réchauffage du BP2 (local turbine)- un débitmètre chez chaque client (Fala, General Motors, Sensient)3.2 Le comptage de l’électricitéIl existe des armoires électriques permettant de mesurer la consommation des différentsappareils. Chaque armoire donne la consommation d’un groupe d’appareils précis. Pourconnaitre la consommation d’un appareil précis, il faut faire installer un compteur particulier.Il existe aussi des compteurs pour la production totale d’électricité et la part vendue et achetée àES.3.3 Le comptage du gaz naturelAu niveau de chaque four il existe un compteur pour les brûleurs de démarrage et d’appoint. Ilexiste également un compteur au niveau de chaque ligne de traitement catalytique des fumées.3.4 Le comptage de l’eau de processPour chaque four, la quantité d’eau alimentaire envoyée dans la chaudière est mesurée par uncompteur.3.5 Le comptage des condensats des clientsAprès avoir utilisé la vapeur, les clients renvoient le condensat à l’usine. Au niveau de chaqueclient (Fala, GM, Sensient), il existe un débitmètre permettant de mesurer la quantité decondensat renvoyée.3.6 Le comptage de l’air compriméLa quantité d’air comprimé consommée par l’usine est mesurée par un débitmètre situé au localcompresseur. Pour le traitement catalytique des fumées, deux débitmètres mesurent l’aircomprimé consommé.Toutes les données sont envoyées à un ordinateur qui les centralise.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg34
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008IV- Consommation de gaz naturelDans son process, l’usine utilise du gaz naturel au niveau des fours (brûleur d’appoint et desoutien) et au niveau du traitement catalytique des fumées.4.1 Brûleurs d’appoint et de soutienChaque four est équipé de deux brûleurs à gaz (photo 15). Ces brûleurs doivent s’enclencherautomatiquement lorsque la température des gaz de combustion tombe en dessous de 850 °C,après la dernière injection d’air de combustion. Ces brûleurs sont aussi utilisés dans les phases dedémarrage et d’extinction afin d’assurer en permanence la température de 850 °C pendantlesdites phases et aussi longtemps que les déchets non brûlés se trouvent dans la chambre decombustion.La fonction des brûleurs consiste à obtenir un T2s (Température des gaz maintenue au moinspendant deux secondes entre le bas et le haut de la chambre de combustion du four) à 850 °Cdans le four dans les cas suivants :- lors de la phase de montée en température des four-chaudière avant introductiondes OM- lors des phases de baisses de PCI en cours de combustion des OM, ce qui entraineune baisse de température des fumées dans la chaudière.- Lors de la phase d’arrêt des fours-chaudière pendant l’interruption progressive del’introduction des OMA chaque démarrage du four, on utilise 150 Mwh de gaz. Alorsmoins il aura des arrêts des fours-chaudières, plus on fera deséconomies de gaz.Il faut donc qu’il ait suffisamment de déchets pour maintenirles quatre fours en marche afin d’éviter des arrêts.Photo 15: brûleur de démarrage et de soutienBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg35
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 20084.2 Les brûleurs SCRAu niveau de chaque ligne de traitement de fumée il existe trois brûleurs à gaz. Le rôle de cesbrûleurs est de réchauffer les fumées jusqu’à une température de 240 °C afin de permettrel’élimination des dioxines et des furanes.Le tableau ci-dessous présente par ligne d’incinération la moyenne de gaz consommée pour unetonne de déchets traités en 2007.Ligne 1 Ligne 2 Ligne 3 Ligne 4 Moyenne77 79 73 63 73Tableau 12 : consommation de gaz des catalyseurs en KW/tonne incinéréeNous avons une moyenne de 73 KW de gaz consommé pour une tonne incinérée. Le fabricant dusystème prévoit une consommation de 70 kW par tonne de déchets incinérés. L’excès de gazconsommé peut donc être dû à un mauvais réglage des brûleurs, à un encrassement deséchangeurs de fumées ou à des entrées d’air parasites.Les consommations de gaz naturel au cours de l’année 2007 sont résumées dans le tableau cidessous.Consommationtotale gaz(MWh)Données PCSConsommationcatalyseurs(MWh)Données PCSConsommationsoutien DonnéesPCSConsommationdémarrage(MWh)Données PCSTonnagedéchets (T)Janvier 2 210 1 653 215 342 20 969Février 2 223 1 693 188 342 19 204Mars 3 165 1 780 345 1 040 22 908Avril 2 698 1 653 156 889 19 884Mai 3 324 2 198 289 837 23 785Juin 3 050 1 907 805 337 25 120Juillet 2 179 1 736 153 291 24 930Août 3 007 1 673 910 424 23 517Septembre 1 983 1 685 99 200 24 131Octobre 2 144 1 610 238 295 21 126Novembre 2 998 1 578 840 580 22 497Décembre 4 714 1 439 2 834 441 19 648Total33 696 20 603 7 074 6 019 267 718Taux 61% 21% 18%Tableau 13 : consommation de gaz naturel en 2007Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg36
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Le diagramme ci-dessous indique la part de chaque brûleur dans la consommation total de gaz.Consommation de gaz naturel 200718%61%21%DemarrageSoutienCatalyseursDiagramme 2: répartition de la consommation de gaz naturelLa plus grande partie du gaz consommée l’est par les brûleurs et cela peut se comprendre par lefait qu’ils sont permanemment en marche.V- Consommation de vapeurUne partie de la vapeur produite par l’usine est auto-consommée pour le réchauffage de l’aircomburant, pour le réchauffage du BP2 et pour le réchauffage des bâches alimentaires.5.1 Réchauffage de l’air comburantL’air comburant ou air primaire injecté dans les fours est aspiré dela fosse de stockage. Cet air passe par un réchauffeur (photo 16) etest réchauffé par de la vapeur à une température moyenne de 100°C avant injection dans le four.Préchauffé l’air comburant est particulièrement bénéfique pouraider la combustion de déchets à haute teneur en humidité. Il sècheles déchets, facilitant ainsi leur allumage.Photo 16: réchauffeur d'air comburantBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg37
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 20085.2 Réchauffage BP2Les condensats issus du condenseur du GTA2 passent par le BP2 où ils sont réchauffés avantd’être envoyé dans la bâche alimentaire. Ce réchauffage se fait par de la vapeur prise sur leréseau BP.5.3 Réchauffage Bâches alimentairesLes retours condensats des clients sont directement envoyés dans les bâches alimentaires. Apartir du réseau BP, de la vapeur est prélevée pour réchauffer l’eau alimentaire avant injectiondans le ballon de la chaudière.Auto consommation de la vapeur38%44% Bâches alimentairesRechauffeurs d'airRechauffeur BP218%Diagramme 3 : auto-consommation de la vapeurLe tableau ci-dessous présente les consommations de vapeur pour les besoin de l’usine au coursde l’année 2007.Air comburant BP2 Bâches alimentaires Total15 410 33 579 38 290 87 279Tableau 13: répartition de l'auto-consommation de la vapeur en MWhVI. Consommation d’électricitéPour ses besoins de production, l’usine consomme une partie de l’électricité qu’elle produit.Lorsque la quantité produite ne suffit pas à ses besoins, l’usine achète de l’électricité à ES.Au cours de l’année 2007, elle a acheté à ES 1 190,235 MWh d’électricité et au total, l’usine aconsommé 26 117,651 MWh d’électricité repartis comme indiqué dans le tableau ci-dessous.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg38
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Electricité achetée Electricité produite et TotalAutoconsomméeJanvier 94,027 2 010, 197 2 104,224Février 11,410 1 935, 991 1 947,401Mars 25,430 2 144, 195 2 169,625Avril 103,768 1 954, 508 2 058,276Mai 266,18 2 133, 749 2 399,929Juin 12,970 2 248, 838 2 261,808Juillet 0,090 2 223, 898 2 223,988Août 12,730 2 204, 221 2 217,191Septembre 1,280 2 285, 904 2 287,184Octobre 239,427 1 894, 309 2 133,736Novembre 2,230 2 180, 277 2 182,507Décembre 420,693 1 710, 969 2 131,662Total 1 190,235 24 927, 416 26 117,651Tableau 14: consommation d'électricité (MWh)Il ressort de ce tableau que 4,56% de l’électricité consommée par l’usine en 2007 a été achetée àES.En vue d’éventuelles économies sur l’énergie électrique, il est important de connaître laconsommation électrique des différents équipements.Le diagramme ci-après nous donne la part de chaque équipement dans l’électricité autoconsommée.Répartition de la consommation électriqueLaveurs 19%Pont OM 2%Communs 2%Climatisationtransformateurs 1%Compresseur 21%Auxiliaires. GTA2-1 18%Fours 16%Champs Electrofiltres2%Utilitaires 4%Laveurs 19%Auxiliaires 15%Ventilateurs deTirage 14%Fours communs 6%Ventilateurs deTirage14%Auxiliaires 15%Auxiliaires. GTA2-118%Fours communs 6%Utilitaires 4%Champs Electrofiltres 2%Communs 2%Diagramme 4 : consommation d’électricité Pont en OM 2007 2%Fours 16%Climatisation transformateurs 1%Compresseur 2 1%Diagramme 4: consommation d'électricité en 2007Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg39
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008A travers le diagramme ci-dessus, il ressort que les équipements qui ont une grosseconsommation d’électricité sont :- les laveurs 19%- les auxiliaires du GTA2 18%- les Fours 16%- les auxiliaires 15%- les ventilateurs de tirage 14%C‘est au niveau de ces équipements qu’il faut envisager des économies d’énergie. Pour lesauxiliaires, nous nous intéresserons aux ventilateurs d’air (comburant, secondaire,refroidissement) et aux compresseurs.Le détail des mesures des différentes consommations se trouve en annexe 13.Les diagrammes suivants font une synthèse de la valorisation énergétique de l’usine.Valorisation de l'énergieValorisation de l'électricité77%23%ElectricitéproduiteVapeur produite32% Electricitévendue68%ElectricitéautoconsomméeValorisation de la vapeurAutoconsommation de l'énergie32% vapeur vendue68%vapeurautoconsommée18%59%23%Gaz consomméVapeurconsomméeElectricitéconsomméeDiagramme 5: synthèse de la production et de la consommation d'énergieBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg40
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Chapitre III : Bilan énergétiquePour déterminer le bilan énergétique de l’usine au cours de l’année 2007, nous nous sommesaidé d’un bilan thermique réalisé par la société SOCOR air les 29 et 29 septembre 2005 sur lesfours 3 et 4. Nous nous sommes servis des tables de Koch pour déterminer les différenteschaleurs spécifiques. Nous partons sur la base qu’en 2007, le cumul des temps defonctionnement des quatre fours de l’usine est de 26 102 heures et qu’une usine fonctionne enmoyenne 8000 heures par année.En vertu du principe de la conservation de l’énergie, toute entrée exprimée en terme calorifiquedoit se retrouver à la sortie.ENTREESSORTIESDéchetsAirEauGaz naturelElectricitédddVapeurElectricitéPertesthermiquesMâchefersCendresGâteauxGaz decombustionRejet aqueuxAéroréfrigérantFigure 1: les entrée et sorties d'énergie du systèmeBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg41
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008I- Les entrées d’énergie1.1- Energie des déchetsAu cours de l’année 2007, l’usine a incinéré 273 930 tonnes de déchets (OM+ DIB) ayant unPCI moyen sur de 2 139 thermie/tonne. La quantité de chaleur Q ainsi apportée par les déchetsest :Q = PCI. Débit des déchetsDébit déchets incinérés Tonnes/an 273 930PCI Thermie/tonne 2 139Quantité de chaleur (Q) MWh/an 681 443,882Tableau 15: chaleur dégagée par les déchets1.2- Chaleur apporté par l’airL’incinération des déchets nécessite un apport d’air extérieur. L’air primaire ou air comburantsert à la combustion et l’air secondaire est utilisé pour la post combustion. Les quatre fours sontrefroidis par de l’air. Les débits d’air ne sont pas des valeurs fixes. Ils sont réglés par l’opérateurdepuis la salle de contrôle en fonction de la combustion.Pour le débit de l’air comburant nous avons fait une moyenne des quatre fours sur deux jours. Cedonne 2060 Nm3/tonne. Pour l’air secondaire et l’air de refroidissement, nous avons pris lesdonnées sur les écrans de la salle de contrôle. Nous obtenons ainsi 4 200 Nm3/h pour l’airsecondaire et 4 400 Nm3/h pour l’air de refroidissement.Débit air primaire (mesure instantanée four 1) Nm³/an 564 295 800Température air primaire avant réchauffeur (T1) °C 25,08Chaleur spécifique air primaire Thermie/Nm3 0,0078Flux de chaleur air primaire MWh/an 5 118,95Débit air secondaire (mesure instantanée four 1) Nm³/an 438 513 600Température air secondaire (T2) °C 35,65Chaleur spécifique air secondaire Thermie/Nm3 0,0033Flux de chaleur air secondaire MWh/an 1 682,97Débit air de refroidissement Nm³/an 459 395 200Température air de refroidissement (T3) °C 34,10Chaleur spécifique air de refroidissement Thermie/Nm3 0,0028Flux de chaleur air de refroidissement MWh/an 1 495,97MWh/an 8 297,89Total flux de chaleur apportéT1= température en fosseT2 = température de l’air local TPAT3 = température au niveau du ventilateurTableau 16: chaleur apportée par l'airBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg42
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 20081.3- Chaleur apportée par l’eauIl s’agit de l’eau utilisée dans le process de l’usine et servant à alimenter les chaudières, àrefroidir les mâchefers, à laver les fumées et à alimenter le bassin GTA. La quantité annuelled’eau utilisée a été obtenue grâce aux bilans mensuels.Débit d’eau m³/an 860045Température °C 12Pression absoluebar 1kJ/kg 50,5Enthalpie massiqueMWh/an 12 064,520Flux de chaleur apportéTableau 17: chaleur apportée par l'eau1.4- Chaleur apporté par le gaz naturelLe gaz naturel est utilisé pour le démarrage des fumées, pour maintenir la température desfumées dans les fours au dessus de 850 °C et pour le traitement catalytique des fumées.Gaz naturelTableau 18: gaz naturel consommé33 696 MWh1.5- Electricité achetéeLorsque l’électricité produite par le turboalternateur est insuffisante pour satisfaire les besoins del’usine, l’usine achète de l’électricité à l’ES. En 2007, elle a acheté 1 190,235 MWhElectricité achetéeTableau 19: électricité achetée à ES1 190,235 MWhLe tableau ci-dessous récapitule les différents flux d’énergie entrant dans l’usine.Flux de chaleur dégagée par les OMFlux de chaleur apportée par l’airFlux de chaleur apportée par l’eauGaz naturel consomméElectricité achetéeMWh/an 681 443,882MWh/an 8 297,89MWh/an 12 064,520MWh/an 33 696MWh/an 1 190,235Flux d’énergie apporté MWh/an 736 692,465Tableau 20: les entrées d'énergiesBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg43
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008II- Les sorties d’énergie2.1- La chaleur sensible des fumées sortant à une température donnée tfPour déterminer la quantité des fumées, nous avons calculé sur deux jours la moyenne de fuméedégagée par tonne de déchets incinérés. Nous obtenons 6 080 Nm3/t soit 1 665 494 400 Nm3/an.Les autres données ont été prises dans le rapport du bilan thermique réalisé par la société Socorair.• ρ CO2 = 1,96 kg/Nm³• ρ O2 = 1,43 kg/Nm³• ρ N2 = 1,25 kg/Nm³Température des gaz °C 140Humidité des gaz % 22,33Fraction volumique en CO 2 des gaz % 8,82secsFraction volumique en O 2 des gaz secs % 10,66Fraction volumique en N 2 des gaz secs % 80,5Masse volumique des gaz secs kg/Nm³ 1,332Masse volumique des gaz humides kg/Nm³ 1,273Débit volumique des gaz secs Nm 3 /an 1 683,5.10 6Débit volumique des gaz humides Nm 3 /an 1 895,8.10 6Débit massique de CO 2 tonne/an 291,4.10 3Débit massique de O 2 tonne/an 256,2.10 3Débit massique de N 2 tonne/an 1 693,4.10 3Débit massique de H 2 O tonne/an 170,6.10 3Flux emporté par le CO 2 MWh/an 2 440,1Flux emporté par le O 2 MWh/an 2 246,2Flux emporté par le N 2 MWh/an 17 511,6Flux emporté par le H 2 O MWh/an 3 387,8Pertes par chaleur sensible MWh/an 31 585,7Pertes par chaleur latente MWh/an négligeableTotal sorties d’énergie MWh/an 25 585,6Tableau 21: chaleur sensible des fuméesBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg44
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 20082.2- Chaleur contenue dans les mâchefersLes mâchefers issus du four sont à une température d’environ 400 °C. Ils seront refroidis par del’eau avant d’être évacués vers la plate forme.Débit des mâchefers t/an 72 758,32Température ambiante °C 20Temps des mâchefers après extinction °C 40Chaleur spécifique des mâchefers kJ/kg °C 0,96Pertes d’énergie MWh/an 388Tableau 22: chaleur contenue dans les mâchefers2.3- Chaleur contenue dans les cendres volantesIl s’agit des cendres récupérées sous les electrofiltres.Débit des mâchefers t/an 6 581,28Température ambiante °C 20Température des cendres °C 260Chaleur spécifique des cendres kJ/kg °C 1,04Pertes d’énergie MWh/an 456,3Tableau 23: chaleur contenue dans les cendres volantes2.4- Les pertes thermiquesLes pertes thermiques résultant du fonctionnement conjoint du four et de la chaudière sontdifficilement mesurables. On les estime selon la formule : Q = (0,02)* M*PCI avec,M = débit des déchets etQ = (0,02)* 273 930*2 139 = 1 171 872,54 th soit 1 362,46 MWh2.5- Rejets d’eau industrielleIl s’agit de l’eau utilisée dans le process et déversée dans le réseau CUS après traitement. Lesuivi journalier de ces rejets donne une température moyenne de 26,7 °CPression bar 1Débit d’eau m³/an 475665Température °C 26,7kJ/kg 111,96Enthalpie massiqueMWh/an 14 793,18Flux de chaleur perdueTableau 24: énergie emportée par le rejet des eaux industriellesBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg45
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 20082.6- Electricité vendueElectricité vendueTableau 25: électricité vendue55 292,208 MWh2.7- Vapeur vendueVapeur vendueTableau 26: vapeur vendue175 145 MWh2.8- Les aéroréfrigérantsCe sont des échangeurs de chaleur dans lesquels l’eau se refroidit au contact de l’airatmosphérique.L’eau du condenseur est considérée comme la source chaude, la source froide étant l’air. Leproblème consiste à faire passer au mieux la chaleur de la source chaude à la source froide pourobtenir la température d’eau la plus basse possible à l’entrée du condenseur. Pour cela, onutilise :• L’évaporation d’une certaine quantité d’eau dans l’air,• L’échange de chaleur par convection.Figure 2: circuit avec aéroréfrigérantsBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg46
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 20082.8.1 EvaporationLa quantité d’eau évaporée a été obtenue grâce aux bilans mensuels d’exploitation..Q perdue = H H2O (12°C). Débit évaporéDébit évaporé m³/an 274 874,9Enthalpie massique kJ/kg 50,5Pression absolue bar 1Température °C 12Flux de chaleur perdue MWh/an 3 855,88Tableau 27: Flux par échange thermique2.8.2 Echange thermique des aéroréfrigérantsDans le réfrigérant, la transmission s’effectue directement entre l’air et l’eau. La quantité dechaleur perdue est le produit du débit par la différence enthalpique entre les deux températures.Ces enthalpies sont calculées par rapport aux tables de Koch :.Q perdue = ∆H. DébitDébit d’eau m³/an 26,4.10.6Temp. de l’eau à l’entrée °C 31Enthalpie massique kJ/kg 130Temp. de l’eau à la sortie °C 20Enthalpie massique kJ/kg 83Flux de chaleur perdue MWh/an 344 666,67Tableau 28: pertes totales par échange thermiqueNous allons considérer comme sortie d’énergie, l’énergie générée par le processus et qui estensuite utilisée dans le même processus. Il s’agit de l’électricité auto-consommée pour lesbesoins de l’usine, de la vapeur utilisée pour le réchauffage de l’air comburant, pour leréchauffage des bâches alimentaires et pour le réchauffage BP.Electricité autoconsommée MWh/an 24 927, 416Vapeur autoconsommée MWh/an 87 279Total MWh/an 112 206,416Tableau 29: énergie auto-consomméeBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg47
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Le tableau ci-dessous présente les flux d’énergie sortant de l’usine.Fumées MWh/an 25 585,6Mâchefers MWh/an 388Cendres volantes MWh/an 456,3Pertes thermiques MWh/an 1 362,46Rejet eau MWh/an 14 793,18Electricité vendue MWh/an 55 292,208Vapeur vendue MWh/an 175 145Aéroréfrigérant MWh/an 348 522,847Energie auto-consommée MWh/an 112 206,416Chaleur totale emportée MWh/an 733 206,011Tableau 30: flux d'énergie sortantLe tableau ci-dessous présente les entrées et les sorties d’énergie de l’usineFlux de chaleur apportée MWh/an 736 692,465Flux de chaleur sortant MWh/an 733 752,011Tableau 31: récapitulatif des entrées et des sorties d'énergieIII- Analyse des résultatsLa somme des entrées d’énergie est légèrement supérieure à celle des sorties d’énergie. Ladifférence de 0,4% est due aux incertitudes de calcul.3.1 Les entrées d’énergieNous essayerons de voir comment l’usine pourrait importer moins d’énergie pour ses process.Pour son process, l’usine a besoin d’importer de l’eau et les bienfaits du réchauffage de l’aircomburant ne font aucun doute. Les éventuelles économies d’énergie se feront donc sur le gaznaturel consommé.3.1.1 Le gaz de soutienLe gaz de soutien qui représente 21% (diagramme 2) du gaz naturel consommé par l’usine sert àmaintenir à 850 °C la température dans le four lors des phases de baisses de PCI en cours decombustion des OM. Il est possible de diminuer l’utilisation de ce gaz, voir la supprimée enaugmentant le tonnage des déchets ainsi que leur PCI.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg48
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Les capacités techniques de l’usine permettent de réaliser cela. En effet l’usine à une capacitéannuelle de 350 000 tonnes et en 2007, elle a traité 273 930 tonnes soit 78% de sa capacité.De même, les fours ont fonctionné avec une moyenne de 10,26 t/h pour une capacité nominalede 11 t/h et maximale de 14 t/h.Le tableau suivant nous donne une idée sur la consommation de gaz de soutien en fonction duPCI des déchets et du tonnage horaire.Tonnage déchets (T)Tonnagehoraire (T)PCI (th/T)ConsommationsoutienDonnées PCSJanvier 20 969 10,47 2 204 215Février 19 204 9,97 2 379 188Mars 22 908 10,32 2 118 345Avril 19 884 10,21 2 188 156Mai 23 785 9,48 2 361 289Juin 25 120 10,83 1 978 805Juillet 24 930 10,92 1 998 153Août 23 517 10,53 2 025 910Septembre 24 131 10,57 2 155 99Octobre 21 126 10,08 2 298 238Novembre 22 497 10,24 2 157 840Décembre 19 648 9,52 2 091 2 834Total 267 718 7 074Tableau 32: consommation de gaz de soutien en fonction du PCI des déchets3.1.2 Le gaz des catalyseursLe réglage des brûleurs catalytique et l’entretien continu des échangeurs de fuméespourraient baisser la consommation qui est de l’ordre de 73 KW par tonne incinérée. L’usinemène actuellement des études sur un éventuel remplacement du gaz catalytique par une autresource d’énergie notamment par de la vapeur.3.2 Les sorties d’énergiesAprès détente dans la turbine pour la production d’électricité, la vapeur est condensée par del’eau à 20°C provenant du bassin de refroidissement GTA2. Après avoir condensé la vapeur,cette eau est ensuite renvoyée au bassin à une température de 31°C pour être refroidie et lecycle reprend de nouveau. Nous avons donc une perte d’énergie au niveau de ce process. En2007, les pertes d’énergie étaient de 348 522,847MWh au niveau du bassin GTA2, ce quireprésente une énorme perte.Le tableau suivant présente la quantité d’électricité produite et la quantité d’énergie perdueau niveau du bassin GTA2 au cours de l’année 2007.Bassin GTA 2Electricité produite341 445 80 219,264Tableau 33: production d’électricité et pertes aéroréfrigérantBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg49
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Les données du tableau montrent qu’en produisant 1 MWh d’électricité, l’usine perd 4,26MWh. La production d’électricité n’est donc pas bénéfique pour l’usine.En produisant moins d’électricité, l’usine économiserait de la vapeur qui pourrait être vendueet/ou remplacé le gaz naturel au niveau du traitement catalytique des fumées.3.3 Efficacité énergétique de l’usineL’efficacité énergétique de l’usine présentée dans le tableau ci-après. Le taux de valorisation de61,84% nous donne une idée sur l’importance des pertes.C1 Energie produite chaudière 1 117 708C2 Energie produite chaudière 2 145 095C3 Energie produite chaudière 3 144 555C4 Energie produite chaudière 4 146 740C Energie totale produite 554 098T1 Energie fournie aux bâches alimentaires 38 290T2 Energie fournie aux réchauffeurs d’air 15 410T3 Energie fournie au réchauffeur BP2 33 579T4 Energie fournie aux clients 175 145T Energie thermique totale valorisée 262 424E Energie électrique produite 80 219,624V Taux de valorisation V = (T+E)/C 61,84%Tableau 34: efficacité énergétique de l'usineBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg50
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Chapitre IV- Les sources potentielles d’économies d’énergieAprès avoir passé en revue les différents process de l’usine et éclairer la consommation internede l’usine, nous avons ciblé des endroits où des économies d’énergie sont possibles.I- Diagnostic du réseau vapeurToutes les tuyauteries de l’usine sont en acier recouvertes par une enveloppe calorifuge en lainede roche et d’une enveloppe extérieur en tôle d’aluminium. Nous avons effectué un contrôle deces tuyauteries afin de faire l’état du matériel et détecter d’éventuelles fuites sur le réseau.Une observation à l’œil nu a permis de constater que les tuyauteries sont en bon état extérieurbien qu’il existe des endroits où la tuyauterie n’est pas calorifugée. De même, aucune fuite n’aété détectée sur le réseau vapeur.L’aspect le plus important de la tuyauterie est loin d’être l’état extérieur mais plutôt l’étatintérieur. Si l’intérieur est encrassé nous aurons des pertes de charges d’où la nécessité de traiterl’eau alimentaire.Les circuits vapeur inspectés sont mentionnés en annexe 14.Photo 17: tuyauterie de vapeur non calorifugéeLes réseaux vapeur usine-clients n’ont pas été diagnostiqués. Néanmoins nous avons calculé lespertes de charges dues au transport de la vapeur.Le tableau ci-après donne la perte de charge annuelle sur le circuit d’alimentation de chaqueclient.Débit/an(tonnes)Départ vapeur Arrivée vapeur Pertes decharges(MWh)P° (bar) T°C H° (KJ/kg) P° (bar) T°C H° (KJ/kg)Fala 149 288,10 15 290 3 016,5 13 255 2 931,5 3 524,86Sensient 92 012,060 13 290 3 022,2 13 255 2 931,5 2 318,19GM 40 833,96 13 290 3 022,2 13 255 2 931,5 1 028,79Tableau 35: pertes de charges dues à l'alimentation des clientsBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg51
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008II- Diagnostic du réseau d’air compriméL’air comprimé est une des énergies les plus coûteuses dans l’industrie essentiellement à causedes pertes liées aux étapes de production, distribution et utilisation. L’usine en consomme enmoyenne 735 Nm3/h pour le fonctionnement de nombreux systèmes et matériels comme lesvérins, les vannes, les outils et machines à percussion, les détecteurs, etc….Les performances du compresseur ont un impact sur l’ensemble du réseau d’air et déterminentl’efficacité énergétique du système.Au niveau de l’usine, l’air comprimé est produit par trois compresseurs de 50 KW chacun etd’un compresseur de 45 KW avec une pression de service de 7 bars. Le choix du compresseur estlié aux besoins spécifiques du procédé : quelle est la quantité d’air comprimé nécessaire, à quellepression, pour quelle utilisation ?L’usine a mis en place un système automatique pour piloter le fonctionnement des compresseurspermettant ainsi d’optimiser au maximum leur consommation.Figure 3: synoptique des compresseurs d'air compriméNous chercherons alors à faire des économies d’énergies non pas sur la motorisation mais sur laquantité d’air comprimé produit et consommé. Ainsi, nous avons réalisé un diagnostic du réseaud’air comprimé afin de détecter d’éventuelles fuites.Ce diagnostic réalisé par technique ultrasonore au mois d’avril 2008 a permis de détecter untotal de 82 fuites (annexe 15). Ces fuites d’importance variable ont été classées par catégorie derisque. Le risque est noté de 1 à 4 dans le sens décroissant de la gravité de la fuite.RisqueNombre1 462 353 14 0Total 82Tableau 36: classification des risques de fuite sur le circuit d'air compriméBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg52
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Ce diagnostic n’a pas permis de déterminer avec exactitude le taux de fuite mais nous avonsestimé celui-ci entre 20 et 25 %. La suppression de ces fuites serait une source très importanted’économies d’énergie. Il est donc nécessaire de contrôlé fréquemment afin de détecter les fuites.Il faut penser à vérifier les joints, les raccords, etc….Au niveau des compresseurs, 1 bar de plus c’est 7 % de consommation supplémentaire. Il fautdonc régler la pression juste au niveau nécessaire afin d’éviter les surconsommations.Le recours à des compresseurs à vitesse variable au sein de l’usine a été une source d’économied’énergie.III- Economie d’énergie sur les pompes des laveurs de fuméesLes moteurs électriques sont de gros consommateur d’énergie. En effet, la motorisationreprésente près de 70% des besoins en énergie électrique de l’industrie. Il y a donc d’importanteséconomies à faire dans ce domaine.La consommation des laveurs de fumées représente 19% de l’électricité consommée au sein del’usine. C’est donc une installation conséquente où, nous essayerons de faire des économiesd’énergie.3.1 Motorisation actuelleLe traitement complémentaire des fumées à été mis en place en 1995. Chaque ligne detraitement compte deux laveurs et chaque laveur fonctionne avec deux pompes. Au total, ce sont16 moteurs ABB EFF2 de 37 kW que compte le système de lavage des fumées. Le rendement àpleine charge d’un moteur de ce type est de l’ordre de 93,5%. La société PROTIRES envisagerénover ces moteurs à un coût de 1 610 € l’unité.Photo 18: moteur M2BA 225 SMA 4 B3Photo 19: moteur ABB EFF2 37 kW 68 AA l’aide d’un Fluke 434, nous avons fait des mesures pour déterminer la consommation exactede ces moteurs. Les résultats sont mentionnés dans le tableau ci-dessous.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg53
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Moteur ABB EFF2Caractéristiques Mesures Fluke 434Puissance utile 37 kW Durée de la mesure (h) 70,67Intensité 68 A kWh 2 314Cos ρ 0,85 kVAh 2 751Rendement 93,5% Kvarh 1 489η 1 480 tr/min Cos ρ 0,84Prix 1 610,00 € Consommation en 1 heure (kWh) 32,74Tableau 37 : caractéristiques du moteur ABB EFF2Ces mesures nous ont permis déterminé l’électricité consommée par les laveurs au cours del’année 2007. Les résultats en fonction du temps de fonctionnement de chaque four sontmentionnés dans tableau qui suit.Temps de fonctionnement ConsommationABB EFF2Four 1 5 852,5 766,443 MWhFour 2 6 576,5 861,258 MWhFour 3 6 484 849,144 MWhFour 4 7 189 941,471 MWhTotal 26 102 3418,317 MWhTableau 38 : consommation des laveurs par ligne d'incinération3.2-Les solutions d’optimisationAvec ces données nous avons envisagé des pistes d’économie d’énergie. Ainsi, nous avonsdégagé deux pistes.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg54
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 20083.2.1-Un moteur par laveurAu lieu de deux moteurs par laveurs, nous envisageons un moteur par laveur. Le lavage desfumées fonctionnerait alors avec huit moteurs.Le tableau ci-dessous représente les gains réalisés avec ce scénario.Temps de fonctionnementConsommationABB EFF2(16 moteurs)ConsommationABB EFF2(8 moteurs)GainFour 1 5 852,5 766,443 MWh 383,222 MWh 383,222 MWhFour 2 6 576,5 861,258 MWh 430,629 MWh 430,629 MWhFour 3 6 484 849,144 MWh 424,572 MWh 424,572 MWhFour 4 7 189 941,471 MWh 470,735 MWh 470,735 MWhTotal 26 102 3 418,316 MWh 1 709,158 MWh 1 709,158 MWhTableau 39 : gain d'énergie avec un moteur par laveurNous aurons un gain considérable de 1 699 MWh soit 50% de la consommation actuelle.Ce scénario est économiquement avantageux mais présente un inconvénient environnemental. Eneffet, en faisant fonctionner chaque laveur avec un seul moteur, cela diminuerait le taux decaptation des particules. Ainsi les valeurs de rejets atmosphériques seront très proches desvaleurs limites d’émission.3.2.2 Utilisation d’une motorisation Leroy Somer (consommation, coûts)Nous avons décidé de mettre en place un moteur à économie d’énergie de chez Leroy Somerfonctionnant, dans les mêmes conditions que les moteurs ABB EFF2 actuels. Des mesures depuissances ont donc été effectuées dans le but d’avoir une idée précise sur les économiesréalisables à long terme. Le moteur Leroy Somer coûte 3680 € à l’achat. Actuellement il y a unedifférence de prix de 700 € entre les moteurs EFF1 et les moteurs EFF2. Un moteur ABB EFF2coûterait donc en moyenne 2980 €.Photo 20 : moteur Leroy Somer FLS 225 STBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg55
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Les caractéristiques du moteur Leroy Somer EFF1 sont représentées dans le tableau ci-après.Moteur Leroy Somer EFF1Caractéristiques Mesures Fluke 434Puissance utile 37 kW Durée de la mesure (h) 94,72Intensité 70 A kWh 3 031Cos ρ 0,82 kVAh 3 776Rendement 93,60% Kvarh 2 252η 1 476 tr/min Cos ρ 0,8Prix 3 680,00 euro Consommation en 1 heure (kWh) 32Photo 21: caractéristiques du moteur Leroy SomerEn comparant un moteur EFF1 Leroy Somer par rapport à un moteur EFF2 ABB pendant uneheure de fonctionnement nous avons un gain de 0,74 kW soit 11,84 kW pour les seize moteurs.Partant sur la base du temps de fonctionnement de l’année 2007, nous obtenons les résultatsprésentés dans le tableau ci-dessous.Temps de fonctionnement Consommation Consommation GainABB EFF2 Leroy Somer EFF1Four 1 5 852,5 766,443 MWh 749,120 MWh 17,323 MWhFour 2 6 576,5 861,258 MWh 841,792 MWh 19,466 MWhFour 3 6 484 849,144 MWh 829,952 MWh 19,192 MWhFour 4 7 189 941,471 MWh 920,192 MWh 21,279 MWhTotal 26 102 3 418,316 MWh 3 341,056 MWh 77,261 MWhTableau 40 : gain d'énergie avec les moteurs Leroy SomerAvec les moteurs Leroy Somer, une économie de 2,25% sera réalisée sur la consommationactuelle des laveurs. En prenant 0,05 centime comme le prix moyen du KWh d’électricité, celareprésenterait une économie de 3 863 euros par an.Cette solution est la plus rentable du point de vue économique et environnemental mais il revientà l’usine de faire son choix.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg56
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008ConclusionCe présent rapport montre que l’usine d’incinération des déchets ménagers de Strasbourg géréepar la société PROTIRES est en norme vis-à-vis de la réglementation. Il est le reflet de six moisde stage qui a permis de dégager des pistes d’économies d’énergie et constitue une base dedonnées importante pour les futurs travaux à venir en énergétique.Cette étude a surtout montré le poids de la production d’électricité sur les besoins énergétiquesde l’usine et la nécessité d’agir sur ce process qui n’est pas rentable.Il appartient à la société PROTIRES de les mettre en place les mesures préconisées en fonctiondes moyens dont elle dispose. L’augmentation du tonnage et du PCI des déchets pour éviter laconsommation de gaz de soutien dépendra de la politique mise en place en place par la CUSpropriétaire de l’usine. De même, produire moins d’électricité et vendre plus de vapeur reste duressort de la CUS.Nous avons également montré que d’énormes économies d’énergies sont envisageables sur lamotorisation. Outre le changement des moteurs ABB EFF2 des laveurs par des moteurs LeroySomer EFF1, il serait judicieux dans le futur de mettre en place des moteurs à haute performanceénergétique qui sont les plus rentables de nos jours.Cette étude pourra sans doute être enrichie par un électricien ou un spécialiste du génie desprocédés.Ce stage m’a donné l’occasion de découvrir le monde industriel et de me familiariser avec lesdifférents métiers de l’incinération. J’ai compris à quel point l’organisation entre le serviceconduite et le service maintenance est importante pour un bon fonctionnement de l’usine. D’unpoint de vue pratique, j’ai travaillé avec les équipes de quart et j’ai pu ainsi conduire un four.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg57
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008BIBLIOGRAPHIEOuvrages1- Ernst Schmidt. Properties of Water and Steam in SI-Unities. Edited by Ulrich Grigull,1989. 206 p2- Jean-Yves LE GOUX, Catherine LE DOUCE. L’incinération des déchets ménagers.ECONOMICA, Février 1982. 226 pMémoires de fin d’études3- Nathalie BONFANTI. Mise en conformité de l’usine d’incinération d’orduresménagères de Nice par rapport à la directive 2000/76/CE : Etude de faisabilité,septembre 2001. 94 p4- Chanthaka UK. Réalisation de procédures d’exploitation de l’usine d’incinération et devalorisation énergétique des déchets ménagers de Ouarville, 2001. 135 pDocuments internes5- PROTIRES. Bilan d’exploitation, 2007. 22 p6- TIRU Ingénierie. Note de Fonctionnement de l’usine d’incinération des ordures ménagèresde Strasbourg. Stockage et Manutention des Ordure Ménagères, 2000. 22 p7- TIRU Ingénierie. Note de Fonctionnement de l’usine d’incinération des orduresménagères de Strasbourg. Grilles, 2000. 14 p8- TIRU Ingénierie. Note de Fonctionnement de l’usine d’incinération des orduresménagères de Strasbourg. Canaux et stockage mâchefers, 2000. 13p9- TIRU Ingénierie. Note de Fonctionnement de l’usine d’incinération des orduresménagères de Strasbourg. Air- Fumées, 2000. 14 p10- TIRU Ingénierie. Note de Fonctionnement de l’usine d’incinération des orduresménagères de Strasbourg. SCR 2006. 26 p11- TIRU Ingénierie. Note de Fonctionnement de l’usine d’incinération des orduresménagères de Strasbourg. Circuits eau de ville, eau brute, réseau incendie, 2000. 16 p12- TIRU Ingénierie. Note de Fonctionnement de l’usine d’incinération des orduresménagères de Strasbourg. Réactifs, 2000. 12 p13- TIRU Ingénierie. Note de Fonctionnement de l’usine d’incinération des orduresménagères de Strasbourg. Circuit eau vapeur chaudières, 2000. 10 pBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg58
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 200814- TIRU Ingénierie. Note de Fonctionnement de l’usine d’incinération des orduresménagères de Strasbourg. Traitement eau, 2000. 18 p15- TIRU Ingénierie. Note de Fonctionnement de l’usine d’incinération des orduresménagères de Strasbourg. Eau alimentaire, 2000. 19 p16- TIRU Ingénierie. Note de Fonctionnement de l’usine d’incinération des ordures ménagèresde Strasbourg. Réseaux vapeur HP et BP et GTA 2 MW, 2000. 15 p17- TIRU Ingénierie. Note de fonctionnement de l’usine d’incinération des ordures ménagèresde Strasbourg. Traitement des fumées, 2000. 7 p18- TIRU Ingénierie. Note de fonctionnement de l’usine d’incinération des ordures ménagèresde Strasbourg. Traitement des eaux résiduaires, 2000. 15 p19- TIRU Ingénierie. Note de fonctionnement de l’usine d’incinération des ordures ménagèresde Strasbourg. Les brûleurs, 2000. 18 p20- TIRU Ingénierie. Note de fonctionnement de l’usine d’incinération des ordures ménagèresde Strasbourg. Groupe Turbo-alternateur, 2000. 16 pTextes réglementaires21- Guide d’application de l’Arrêté du 20 septembre 2002 relatif aux installationsd’incinération et de co-incinération de déchets non dangereux et aux installations incinérantdes déchets d’activités de soins à risques infectieux.Documents électroniques22- La réglementation applicable aux usines d’incinération. 03 mars 2008. 4 p visité le[20/08/08] Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg59
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008ANNEXESAnnexe 1 : Organigramme fonctionnel PROTIRESAnnexe 2 : Synoptique de l’usineAnnexe 3 : l’intérieur du four de combustionAnnexe 4 : Circuit de l’eau alimentaireAnnexe 5 : Transfert de la vapeur du surchauffeur vers le collecteur HPAnnexe 6 : Le circuit de la vapeurAnnexe 7 : Le réseau d’alimentation des clients en vapeur.Annexe 8 : Production d ‘électricitéAnnexe 9 : Récupération des cendres volantes en bas des electrofiltresAnnexe 10 : Le lavage des fuméesAnnexe 11 : Le traitement catalytique des fuméesAnnexe 12 : Le lavage des fuméesAnnexe 13 : Consommation électriqueAnnexe 14 : Réseaux vapeur diagnostiquésAnnexe 15 : Le réseau d’air compriméBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg60
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Annexe 1 : Organigramme fonctionnel PROTIRESDirecteur d’ExploitationAdjoint TechniqueSecrétaire d'accueilSecrétaire de DirectionRelais REResponsable EnvironnementRQ UIOMRelais RQ UIOMRelais RSResponsable SécuritéRQ PTMUIOMResponsablePTMResponsable d’exploitationResponsable ServiceGénérauxResponsableMaintenanceResponsableServiceElectriqueResponsableServiceMécaniqueOpérateurconducteurd’enginChef de quart Placeur ChimisteChef deblocTechniciensd’entretienCoursier MagasinierTechniciensélectriciensTechniciensmécaniciensChaudronniersPontierBilan Energétique de l’UIOM de StrasbourgGraisseur61
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Annexe 2 : synoptique de l’usineBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg62
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Annexe 3 : l’intérieur du four de combustionOn voit les trois grilles : dosage, combustion et finition. En bas du four nous avons la goulottemâchefers et on voit que l’injection de l’air primaire se fait par le bas.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg63
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Annexe 4 : circuit de l’eau alimentaireBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg64
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Annexe 5 : transfert de la vapeur du surchauffeur vers le collecteur HPBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg65
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Annexe 6 : le circuit de la vapeur. A côté du collecteur HP, se trouve le collecteur de démarrage.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg66
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Annexe7 : le réseau d’alimentation des clients en vapeur.Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg67
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Annexe 8 : production d ‘électricitéBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg68
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Annexe 9 : récupération des cendres volantes en bas des electrofiltresBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg69
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Annexe 10 : le lavage des fuméesBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg70
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Annexe 11 : le traitement catalytique des fuméesBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg71
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Annexe 12 : les rejets atmosphériquesBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg72
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Annexe 13 : Consommation d’électricitéDate Transfo 1 Transfo 2 Transfo 3 Transfo 4 Four 402/01/07:08:50 65 350 072 32 327 293 13 842 918 60 067 926 11 268 96501/01/08:02:00 71 605 280 38 684 300 13 842 918 64 873 992 12 154 095Consommation 6 255 208 6 357 007 0 4 806 066 885 130Date Pont OM 1 Pont OM 2 Clim transfo. Heur. Clim transfo Four 4 VTs02/01/07:08:50 2 929 604 2 780 200 1 044 218 13 144,62 2 152 51801/01/08:02:00 3 185 073 2 906 314 1 177 450 17 786,22 2 152 519Consommation 255 469 126 114 133 232 4 642 1Date Four 1 VTs Four 1 VT Four 2 champ3 Four 2 VTs GES 102/01/07:08:50 5 243 857 327 542 2 037 909 5 635 242 47 15601/01/08:02:00 5 243 858 1 119 798 2 224 119 5 638 876 47 256Consommation 1 792 256 186 210 3 634 100Date Four 1 com. Four 2 com. Four 3 com. Four 4 com.02/01/07:08:50 380 902 397 118 526 139 509 05601/01/08:02:00 710 634 714 920 845 860 883 304Consommation 329 732 317 802 319 721 374 248Date Auxiliaire Laveurs Four 1 Four 2 Four 3 Four 402/01/07:08:50 42 388 399 42 377 054 15 067 106 17 157 588 15 579 527 11 268 96501/01/08:02:00 45 751 916 46 657 988 15 984 707 18 047 602 16 500 299 12 154 095Consommation 3 363 517 4 280 934 917 601 890 014 920 772 885 130DateAux. GTA2-1Four 1champ3 Teu Four 4 VT GES 2 Four 4 VTs02/01/07:08:50 41 968 833 1 984 599 10 243 870 307 937 578 395 2 152 51801/01/08:02:00 46 088 712 2 137 008 11 198 807 1 006 375 578 755 2 152 519Consommation 4 119 879 152 409 954 937 698 438 360 1DateFour 2 VTFour 3champ3 Four 3 VTs Four 3 VT Four 4 champ3 GES 102/01/07:08:50 314 136 2 056 258 5 326 955 521 916 1 315 483 47 15601/01/08:02:00 1 209 863 2 237 181 5 328 050 1 303 151 1 354 164 47 256Consommation 895 727 180 923 1 095 781 235 38 681 100DateCommunsEcl-petiteforce GTA 1 GTA 2 Compresseur 202/01/07:08:50 538 657 70 692 31 733 612 783 643 360 484 09501/01/08:02:00 983 391 112 241 31 733 612 863 501 520 774 871Consommation 444 734 41 549 0 79 858 160 290 776Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg73
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Annexe 14 : les circuits vapeur diagnostiquésCircuitAlimentation GTA2 et départ FalaAlimentation vapeur réchauffeur BP2Soutirage GTA2Chaudière 1Chaudière 2Chaudière 3Chaudière 4Déverseur de démarrageDépart vapeur du collecteur HP versle circuit thermique et colleteur HPCircuit vapeur réchauffeur d’air comburantDépart vapeur clients sudDépart vapeur FalaDéverseur 95 t/h et échappement GTA1Admission vapeur GTA1Ligne BP et collecteur BPSoupapes BPContournement BPRetour condensats GTA2Numéro300-VH-2001300-VH-1001300-VH-1002150-VM-2002300-VM-2003200-VH-8001100-VH-8002200-VH-8003100-VH-8004200-VH-8005100-VH-8006200-VH-8007100-VH-8008125-VH-8009100-VH-800980-VH-8009300-VH-8010150-VH-8012150-VH-8013250-VM-801480-VM-8014-180-VM-8014-280-VM-8014-380-VM-8014-4300-VM-8015150-VH-8016400-VM-8050300-VH-8051400-VM-8052200-VM-8053300-VM-8054150-CM-1563-EA01150-CM-1564-EA01150-CM-1565-EA01150-CM-1566-EA01150-CM-2006-EA01Bilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg74
Mastère GEDE/ Ibrahim DIALLO <strong>ENGEES</strong>/Octobre 2008Annexe 15 : le réseau d’air compriméBilan Energétique de l’UIOM de Strasbourg75
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