en partenariat avec biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 les différents systèmes de traitement...
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En partenariat avec Biomasse et qualité de l’air24 mai 2011
Les différents systèmes de traitement des fumées, avantages
et inconvénients, évolution technologique attendue.
Ludovic DUSCHSA COMPTE R
En partenariat avec Biomasse et qualité de l’air24 mai 2011
Les polluants concernés Les fumées et leurs constituants principaux :
La combustion de la biomasse est une réaction d’oxydation qui génère de la chaleur et des gaz principalement neutres (CO2, H20, N2, O2) contenant des polluants gazeux et particulaires variés dans des proportions plus ou moins fortes selon :
La nature du combustible
Le type de technologie de combustion
Les conditions d’utilisation de la chaudière Les polluants gazeux
Ils dépendent pour beaucoup des conditions de combustion et de la bonne adéquation entre le combustible et la technologie de combustion.
Les conditions d’exploitation restent aussi essentielles. Les poussières
Particules solides en suspension elles contiennent des imbrulés, des composées organiques. Même si leur proportion est directement liée à la nature du combustible et à la technologie de combustion leur captation passe obligatoirement par l’installation de dispositifs en aval de la chaudière.
Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
En partenariat avec Biomasse et qualité de l’air24 mai 2011
La Réduction des polluants gazeux : Des mesures essentiellement primaires Une chaudière adaptée au combustible et vice versa
L’humidité du combustible est un paramètre important. Si certaines petites chaudières sont plus performantes avec des combustibles secs (humidité < 30 %) , les constructeurs préfèrent des produits plus humides (30 % < humidité < 50 %) pour les chaudières de grosse puissance.
Des conditions d’exploitation maitrisées
Bien adapter la puissance de la chaudière aux besoins réels du réseau et ne pas sur-dimensionner les installations. Respecter les conditions minimales d’utilisation des chaudières
La technologie de combustion complète et maitrisée
Etanchéité et régularité de l’introduction de combustible.
Privilégier la combustion sur grille automatique et la séparation des admissions d’air primaire.
Etagement des injections d’air secondaire et réinjection de fumées en mélange.
Chambres de combustion chaudes et superposées permettant d’augmenter la turbulence et le temps de séjour des gaz à haute température.
Contrôle des paramètres de combustion, optimisation et maitrise de la régulation combustion.
Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
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Coupe chaudière eau chaude avec foyer à grille et étagement d’air
AIR PRIMAIRE
INTRODUCTION
AIR SECONDAIRE ET RECYCLAGE FUMEES
GRILLE AUTOMATIQUE
Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
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Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
La Réduction des poussières : Des mesures en aval de la chaudière
La teneur en poussières en sortie de la chaudière va varier dans une fourchette de 500 à 1000 mg/Nm3 selon la nature du combustible (taux de cendres, proportion de fines), et les conditions de combustion (allure de marche). La taille des particules est très variable avec des cendres volantes grossières faciles à capter et des particules beaucoup plus fines
Toute chaudière d’une puissance supérieure à 300 kW est généralement équipé d’un dépoussiéreur type multi-cyclones qui permet de garantir une valeur limite en poussières de 150 mg/Nm3 (valeur maximale pour les installation de moins de 4 mW de puissance entrante – 3,4 mW en correspondance puissance utile).
Pour obtenir des concentrations plus faibles il sera nécessaire de rajouter un filtre complémentaire principalement du type eléctrofiltre ou filtre à manches qui permettra d’atteindre selon la technologie et son dimensionnement des valeurs inférieures aux différents seuils réglementaires de 100, 50, 30 et même 10 mg/Nm3
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Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
Le dépoussiéreur multi-cyclones :
Principe de fonctionnement :Il est composé d’une batterie de cyclones de petit diamètre assurant une séparation centrifuge
des poussières qui sont récupérées dans la partie basse de l’appareil alors que les fumées dépoussiérées repartent vers le haut.
Une solution simple, souvent directement intégrée à la chaudière. PerformancesPermet de garantir dans des conditions normale d’exploitation une valeur maximale en
poussières de 150 mg/Nm3 (Il convient pour les chaudières de moins de 4 mW)Dans certaines conditions très strictes (combustibles normalisés) il est possible de garantir une
valeur maximale de 100 mg/Nm3 mais cela reste exceptionnel.Son efficacité dépend de la taille des particules, il est peu efficace sur les particules de moins de
10 microns AvantagesSon coût représente moins de 5 % du montant des équipements chaudière bois et ses annexesSa simplicité et son coût d’exploitation quasiment nul InconvénientsPerformance limitée
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Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
PRINCIPE CYCLONE TANGENTIEL
Le dépoussiéreur multicyclones Performances
VLE en poussières de 150 mg/Nm3 - Il convient pour les chaudières de moins de 4 mWVLE en poussières de 100 mg/Nm3 dans certaines conditions très strictes - Combustibles normalisésUne efficacité qui dépend de la taille des particules
AvantagesSon coût - < 5 % du montant des équipements chaudière bois et ses annexesSa simplicité et son coût d’exploitation quasiment nul
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Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
Source COMPTE R
Dépoussiéreur multi-cyclones directement accolé à la chaudière (exemple 2500 kW)
Cendrier sous foyer avec évacuateur à chaînes
Caisson avec cyclones
Trémie de réception des poussières
Ventilateur d’extraction
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Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
L’électrofiltre : Principe de fonctionnement :
Il est composé d’un caisson métallique de grande dimension dans lequel les gaz circulent à faible vitesse entre des plaques métalliques verticales reliées à la masse.
Entre ces plaques sont suspendues des électrodes filiformes connectées à une source de courant haute tension. Les particules de poussières et les molécules gazeuses pénétrant dans le champ sont chargées électriquement et entrainées vers les plaques où elles s’accumulent.
Un frappage automatique et régulier des plaques et des électrodes permet de décoller les poussières pour les récupérer dans la trémie inférieure du filtre.
Pour éviter les risques de colmatage la trémie et l’ensemble du dispositif d’évacuation doivent être parfaitement bien calorifugés et équipés d’un dispositif de chauffage par cordons électriques.
Coûts :
Pour des puissances de 0,5 à 1mW – 40 à 60 % du montant chaudière et de ses annexes
Pour des puissances de 2 à 4 mW - 30 à 40 % du montant chaudière et de ses annexes
Pour des puissances de 4 à 8 mW – 20 à 30 % du montant chaudière et de ses annexes
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Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
Source BETH Filter
Entrée gaz Sortie gaz
Récupération poussières
L’ électrofiltre
Groupe haute tension
Trémie de réception des poussières
Zone de filtration
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Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
L‘électrofiltre :
PerformancesSes performances dépendent de la concentration en poussières dans le flux entrant, c’est la raison pour laquelle le multi-cyclones est généralement conservé en amont d’un électrofiltre pour garantir une concentration connue en entrée et limiter sa taille . Il doit être dimensionné dès la conception, pour la valeur de garantie souhaitée en sortie.Les valeurs de rejets garanties avec un électrofiltre sont couramment inférieures à 100, 50 ou 30 mg/Nm3 (à 11 % d’02).Il est possible de garantir des valeurs inférieures mais pour des surcouts importants
AvantagesInsensible aux escarbilles, aux trop hautes et trop basses températures (condensation) Robustesse et durée de vie - Faible coût d’exploitationFaible perte charge ne nécessitant pas de by-pass Peu s’adapter sur toutes puissances dés 300 Kw
InconvénientsSon encombrement – Installation intérieure pour limiter les nuisances sonoresLa spécificité des opérations d’entretien due à la présence de haute tension
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Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
Source COMPTE R
L’électrofiltre
L’électrofiltre
La benne à suies
Performances
VLE en poussières de 100, 50, ou 30 mg/Nm3 (à 11 % d’02).
Avantages
Insensible aux escarbilles, aux trop hautes et trop basses températures
Robustesse et durée de vie - Faible coût d’exploitation
Faible perte charge ne nécessitant pas de by-pass
Peu s’adapter sur toutes puissances dés 300 kW
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Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
Le filtre à manches : Principe de fonctionnement :
Il est composé d’un caisson métallique dans lequel sont disposées des manches ou poches filtrantes qui lorsque elles sont traversées par les gaz vont retenir les poussières.
Une injection régulière d’air comprimé dans les manches permet de décoller le gâteau de poussières pour le récupérer dans la trémie inférieure du filtre
La nature des manches dépend de la température des fumées et de leur composition chimique
Il est impérativement équipé d’un ensemble de by-pass en cas de détection de température anormale
Comme pour l’électrofiltre, la trémie et l’ensemble du dispositif d’évacuation doivent être parfaitement bien calorifugés et équipés d’un dispositif de chauffage par cordons électriques.
Coûts :
Pour des puissances de 0,5 à 1mW – 50 à 60 % du montant chaudière et de ses annexes
Pour des puissances de 2 à 4 mW - 30 à 40 % du montant chaudière et de ses annexes
Pour des puissances de 4 à 8 mW – 15 à 25 % du montant chaudière et de ses annexes
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Source TECFIDIS
Entrée des Gaz
Sortie des
Gaz
Récupération
poussières
Filtre à manches
Manches filtrantes
Différents types de dé-colmatage
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Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
Le filtre à manche : PerformancesSes performances sont indépendantes de la concentration en poussières dans le flux entrant,
malgré cela le multi-cyclones est conservé en amont d’un filtre à manches pour capter les éventuelles escarbilles.
Les valeurs de rejets garanties avec un filtre à manches sont couramment inférieures à 20 ou même 10 mg/Nm3 (à 11 % d’02).
AvantagesPerformance élevée quelque soit la concentration en entrée ce qui en fait un choix
incontournable pour les biomasses à fortes émissions particulairesEncombrement moindre qu’un électrofiltre - Peut s’adapter sur toutes puissances dés 300 kWMontant fortement dépendant de la température des fumées et donc devient très concurrentiel
en cas d’installation après un économiseurSimplicité des opérations d’exploitation (hors remplacement périodique des manches) InconvénientsSa sensibilité aux escarbilles, points chauds et froids des fumées, attaques chimiquesSa forte perte de charge nécessitant d’augmenter sensiblement la puissance du ventilateur
d’extractionLa consommation d’air comprimé constante quelle que soit la taille du filtreSes coûts d’exploitation (les manches représentent 30 % du prix du filtre) et doivent être
remplacées toutes les 20000 à 25000 heures soit tous les 4 à 5 ans
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Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
Source LUHR Filter
Le filtre à manches
By-pass avecRegistres de sécurité
Caisson avec manches filtrantes
PerformancesVLE en poussières de 20, 10 mg/Nm3 (à 11 % d’02).
Avantages
Performance élevée quelque soit la concentration en entrée
Encombrement moindre qu’un éléctrofiltre
Simplicité des opérations d’exploitation (hors remplacement périodique des manches)
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Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
Les condenseurs : Principe de fonctionnement :
Les fumées traversent une ou plusieurs chambres où elles sont soumises à une pulvérisation de gouttelettes d’eau froide.
Sous l’action de ce refroidissement, la vapeur d’eau contenue dans les fumées se condense en libérant une quantité importante d’énergie.
Cet échange permet de récupérer une quantité importante d’énergie et aussi de capter une partie des particules contenues dans les fumées.
L’eau réchauffée et chargée passe dans un échangeur de chaleur installé sur les retours froids du réseau où elle cède ainsi son énergie avant de passer dans un dispositif de traitement ce qui lui permet de travailler en circuit fermé. Au niveau du circuit de traitement seule la fraction des condensats est régulièrement évacuée.
Il est cependant préférable d’installer ce dispositif après un premier dépoussiérage pour limiter la partie traitement des eaux.
Coûts :
Ces dispositifs présentent des investissements très différents selon les techniques employées (échange direct ou indirect, traitement d’eau incorporé ou non, présence d’un filtre en amont). Plutôt développés pour les fortes puissances dans les pays du nord de l’Europe ou l’Autriche, des solutions plus économiques sont en cours de mise au point pour les petites et moyennes puissances.
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Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
Le condenseur
Entrée gaz
Sortie gaz
Source Svensk Rökgasenergi
Caissons de pulvérisation
Traitement d’eau
Echangeur
Rejets à l’égout
Réseau de chaleur à retours froids < 40°C
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Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
Le condenseur
PerformancesLe dispositif permet selon la nature des poussières en entrée de l’appareil
d’atteindre des concentrations comprises en 50 et 100 mg/Nm3 (à 11% d’02).
AvantagesCombinaison récupération d’énergie et dépoussiérage
InconvénientsSon coût très différent selon les techniques et la taille des installationsLa nécessité d’avoir un combustible humide (humidité sur brut > 45 %) et des
retours de réseau froids < 40 %.Le traitement des eaux
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Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air
Source Svensk Rökgasenergi
CondenseurEntrée gaz
Sortie gaz
Echangeur
Refroidissement