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  • RECORDRECORD 00-0219/1A septembre 2001

    Combustion de mlanges, combustibles classiques/biomasseEtude des modifications induites au niveau dela composition des fumes et des cendres

  • www.record-net.org

    ETUDE N 00-0219/1A

    COMBUSTION DE MELANGES, COMBUSTIBLES CLASSIQUES/BIOMASSE

    ETUDE DES MODIFICATIONS INDUITES AU NIVEAU DE

    LA COMPOSITION DES FUMEES ET DES CENDRES

    RAPPORT FINAL

    septembre 2001

    J.-C. GOUDEAU - Laboratoire de Combustion et de Dtonique ENSMA POITIERS

  • Etude RECORD n00-0219/1A

    Cre en 1989 linitiative du Ministre en charge de lEnvironnement, lassociation RECORD REseau COopratif de Recherche sur les Dchets et lEnvironnement est le fruit dune triple coopration entre industriels, pouvoirs publics et chercheurs. Lobjectif principal de RECORD est le financement et la ralisation dtudes et de recherches dans le domaine des dchets et des pollutions industrielles. Les membres de ce rseau (groupes industriels et organismes publics) dfinissent collgialement des programmes dtudes et de recherche adapts leurs besoins. Ces programmes sont ensuite confis des laboratoires publics ou privs. Avertissement : Les rapports ont t tablis au vu des donnes scientifiques et techniques et d'un cadre rglementaire et normatif en vigueur la date de l'dition des documents. Ces documents comprennent des propositions ou des recommandations qui n'engagent que leurs auteurs. Sauf mention contraire, ils n'ont pas vocation reprsenter l'avis des membres de RECORD.

    Pour toute reprise dinformations contenues dans ce document, lutilisateur aura lobligation de citer le rapport sous la rfrence : RECORD, Combustion de mlanges, combustibles classiques/biomasse. Etude des modifications induites au niveau de la composition des fumes et des cendres, 2001, 63 p, n00-0219/1A.

    Ces travaux ont reu le soutien de lADEME (Agence de l'Environnement et de la Matrise de

    l'Energie) www.ademe.fr

    RECORD, 2001

  • SOMMAIRE

    RESUME................................................................................................................................... 1

    INTRODUCTION.................................................................................................................... 2

    I - REGLEMENTATION SUR LES REJETS POLLUANTS DE LA COMBUSTION DE LA BIOMASSE ET DE LINCINERATION DES DECHETS .................................... 4

    II - COMBUSTION DES SOLIDES TECHNOLOGIES UTILISEES............................ 8 1 LE FOUR A GRILLES : .......................................................................................................... 8 2 LES FOURS A LIT FLUIDISE :.............................................................................................. 10 3 LE FOUR ROTATIF :........................................................................................................... 12 4 LES FOURS A CHARBON PULVERISE : ................................................................................ 13

    III - COMBUSTIBLES FOSSILES...................................................................................... 15

    1 - LE CHARBON .................................................................................................................... 15 2 - LES COMBUSTIBLES LIQUIDES.......................................................................................... 17 3 - LES COMBUSTIBLES GAZEUX ........................................................................................... 18

    IV - MONOCOMBUSTION DE LA BIOMASSE .............................................................. 22 1 COMBUSTION EN FOURS A GRILLES : ................................................................................ 24

    a) Influence de la composition de la biomasse : ................................................................ 24 b) Influence du mode dalimentation du four :.................................................................. 26 c) Emissions polluantes : ................................................................................................... 27

    2 COMBUSTION EN FOURS A LIT FLUIDISE : ......................................................................... 28 a) Fusibilit des cendres frittage Encrassage : .......................................................... 32

    3- -SYNTHESE SUR LES POLLUANTS ISSUS DE LA MONOCOMBUSTION DE LA BIOMASSE :........ 35 4 - CONCLUSION .................................................................................................................... 36

    V COCOMBUSTION CHARBON BIOMASSE........................................................... 38 1 CHAUDIERE A CHARBON PULVERISE : .............................................................................. 39

    a) Performance thermique de la chaudire Granulomtrie - Polluants........................... 39 b) Effet du type de brleur et du mode dinjection des combustibles sur la cocombustion et sur les polluants mis..................................................................................................... 42 c) Etagements du comburant et du combustible :.............................................................. 45

    2 FOURS A LIT FLUIDIS : .................................................................................................... 46 a) Effet de ltagement du comburant : ............................................................................. 48 b) Comparaison Lit Fluidis Dense (LFD)et Lit Fluidis Circulant (LFC) ...................... 49

    3 FOURS A GRILLES:............................................................................................................ 49 4 - SYNTHESE SUR LES POLLUANTS EMIS EN COCOMBUSTION : .............................................. 51 5 - CONCLUSION : .................................................................................................................. 52

    CONCLUSION....................................................................................................................... 54

    BIBLIOGRAPHIE................................................................................................................. 57

  • RESUME

    Les craintes de rchauffement de la plante, cause des missions de gaz a effet de

    serre, se prcisent suite aux nombreuses catastrophes climatiques de ces dernires annes.

    Cette situation relance le dbat sur les sources dnergie en gnral et sur les bionergies en

    particulier. La biomasse est une ralit quantitative de la biosphre. Les bionergies dorigine

    agricole et forestire reprsentent 5 % de la consommation annuelle d'nergie en France. La

    biomasse peut donc constituer une alternative crdible aux nergies fossiles courantes dont

    lutilisation participe significativement laugmentation de leffet de serre. Les

    caractristiques physico-chimiques et nergtiques de la biomasse rendent sa combustion

    difficile lchelle industrielle. La combustion de mlanges biomasse combustibles fossiles

    prsente un double avantage conomique et environnemental. Sur le plan conomique, cette

    cocombustion permet une valorisation de la biomasse dont le cot reste comptitif par rapport

    aux combustibles fossiles. Les tudes de cocombustion charbon biomasse montrent que ce

    mlange permet un abattement des oxydes dazote et de soufre. Cette rduction dpend du

    type de technologie utilis et des conditions opratoires. Ces tudes sont ralises sur des

    installations dj existantes et initialement conues pour la combustion du charbon seul. De ce

    fait de nombreuses modifications sont faites pour les adapter aux besoins de la cocombustion.

    Cette tude bibliographique rvle le besoin dtudes supplmentaires sur la cocombustion de

    mlanges biomasse combustibles fossiles classiques. En effet des essais menes sur des

    dispositifs semi-industriels spcialement conues pour ce type dtude permettraient

    daccrotre les possibilits de valorisation de la biomasse lchelle industrielle.

    Mots cls : Biomasse, Charbon, Cocombustion, NOx, SO2

    1

  • Introduction

    INTRODUCTION

    La multiplication des catastrophes climatiques survenues pendant la dernire dcennie

    relance les craintes sur les missions de gaz effet de serre. De plus, les fluctuations

    incontrles des prix du ptrole et la volont affiche de certains pays industriels de

    diversifier leurs sources dapprovisionnement en nergie soulvent nouveau le dbat sur les

    nergies renouvelables.

    La biomasse est dans ce cadre une solution envisageable et intressante. Les bionergies

    dorigine agricole ou forestire issues des ressources naturelles renouvelables reprsentent 3

    % du bilan nergtique de lUnion Europenne. En ce qui concerne la France, 5 % de sa

    consommation annuelle dnergie, soit 10 millions de tonnes quivalent ptrole sont issus de

    ce type dnergie [ADEME, 1998].

    Les procds de valorisation de la biomasse sont multiples. Ils vont de lpandage la

    gazification en passant par la combustion et la liqufaction. Dans cette tude, nous nous

    limiterons la valorisation par la combustion. Ce procd trs usit continue de subir en

    permanence des modifications permettant de ladapter aux units industrielles et de rduire les

    missions polluantes.

    Lusage de la biomasse en substitution des combustibles fossiles ou encore en mlange avec

    ceux-ci permettrait de rduire la consommation de ces combustibles coteux et dont les

    gisements ne sont pas inpuisables. La combustion de ce mlange permettrait aussi de pas

    augmenter les missions en dioxyde de carbone ainsi que des oxydes dazote