1/15 Combustion des Granulés de Bois Yann ROGAUME Professeur Université de Nancy ENSTIB/LERMAB Yann.Rogaume@enstib.uhp-nancy.fr
Présentation Structure /15 Approche filière de la valorisation énergétique de la biomasse Préparation/conditionnement de la biomasse : séchage, broyage, compactage, caractérisation, Caractérisation/optimisation des procédés de combustion : émissions polluantes, rendements, problèmes de fonctionnement, Développements de nouveaux systèmes de combustion : dépollution, nouveaux brûleurs, foyers innovants, cogénération, Valorisation par pyrolyse/gazéification : cogénération, biocarburants, sélectivité, goudrons, Collaboration avec des institutions (ADEME, CNRS, ANR, INRA, ) Travaux avec des industriels (grands groupes, PME, )
Combustion des Solides 3/15 3 phases principales : - séchage et chauffage du solide (entre 5 et C) ; - pyrolyse et combustion vive (~85% de la masse de biomasse sèche) ; - combustion hétérogène (~15% restant). règles de base (règle des T) : - température : suffisante pour bien brûler ; - teneur en oxygène : en excès pour oxyder tout C et H ; - temps de séjour : suffisant pour que les réactions aient lieu ; - turbulence : favoriser le mélange pour faciliter les réactions.
Les Granulés de Bois /15 Principaux avantages : - Humidité basse, contrôlée et stable ; - Granulométrie très stable ; - Très grande homogénéité ; - Masse volumique très forte ; - Produit normalisé (en cours) ; - Marché contrôlé (état) ; Principaux inconvénients : - Coût : le plus cher des combustibles bois ; - Impact environnemental à la fabrication.
Les Granulés de Bois 5/15 Bilan environnemental : kwh énergie non renouvelable / kwh énergie utile Poêle (η = 65%),8 Bûches Chaudière (η = 7%),7 Plaquettes Chaudière (η = 75%),5 Granulés Poêle (η = 85%),18 Bilan effet de serre : Source : Etude ADEME / Bio Intelligence Service (5)
Les Appareils de Combustion 6/15 Poêles Chaudières
Chauffage au Bois et Pollution 7/15 PM fines HAP (~38%) Polluants pour lesquels le chauffage au bois a un impact non négligeable CO (~8%) Benzène Citepa - 6
Chauffage au Bois et Pollution 8/15 POURQUOI? La pollution due au bois est constituée d imbrûlés (CO, COV, HAP, Particules) - Le bois ne contient pas de chlore : pas de HCl, ni de dioxines ou furannes - Le bois ne contient pas de soufre : pas de SOx - Le bois contient peu d azote : peu de NOx ATTENTION : - hautes températures (NOx) - autres biomasses (Cl & N possibles)
O (%) CO (% à 13% O) O (%) CO à 13 % O (%) O (%) CO (% à 13 % O) Combustion du Bois et Pollution 9/15 Poêles Bûches / Poêle Granulés 18 16 1 1 1 8 6 18 16 1 1 1 Poêle à bûches peu performant 5 1 15 5 3 35 5 Temps (s) Poêle à bûches performant 3,6 3,,8, 1,6 1,,8, 3,6 3,,8, CO (% à 13% d O) O (%) 18 3,6 16 3, 1,8 1, 1 8 1,6 6 1,,8, 6 8 1 1 Temps (s) 8 6 5 1 15 5 3 35 Temps (s) 1,6 1,,8,
O (%) CO à 13 % d'o (%) O (%) CO (mg/nm3 à 1% d'o) O (%) CO (mg/nm3 à 1% O) Combustion du Bois et Pollution 1/15 Chaudières Bûches / Chaudière Granulés 18 16 Chaudière à bûches peu performante 9 81 7 CO (% à 13% d O) 1 1 1 63 5 5 O (%) 8 36 6 7 6 86 166 6 36 6 86 Temps (s) 18 9 18 16 1 1 9 81 7 63 5 Chaudière à bûches performante 1 8 5 36 18 3,6 6 7 16 3, 18 1,8 9 1 1 8, 1,6 5 1 15 5 3 35 5 5 55 6 Temps (s) 6 1,,8, 6 8 1 Temps (s) Différences : niveau d émissions et stabilité de fonctionnement
Explications 11/15 Pourquoi ces Différences? Fonctionnement au granulés très stable : - Contrôle d apport de combustible ; - Apports d air contrôlés. Dispositif de régulation : - Fonctionnement à différents régimes. Facilités pour respecter la règle des T et facilités pour mieux contrôler la combustion des solides (humidité, granulométrie notamment)
Normes Chauffage Bois 1/15 Poêle à Bûches Poêle à Granulés Chaudière à Bûches Chaudière à Granulés Référence NF EN 13 NF EN 1785 NF EN 33-5 NF EN 33-5 CO <,6% à 13% d O <,% à 13% d O <,% à 1% d O <,% à 1% d O Rendement > 7% > 75% > 75% > 75% Les contraintes pour les appareils à granulés sont plus fortes La plupart des appareils (à bûches et aux granulés) sont fortement en deçà des limitations
facteur d'émissions (mg/kj) Appareils Flamme Verte : CO 13/15 1 9 8 7 Chaudières Poêles à bûches Poêles à granulés Poêles à accumulation Foyers fermés & Inserts 6 5 3 1
PM (mg/nm3 à 1% d'o) Appareils Flamme Verte : Particules 1/15 1 1 Bûches Plaquettes Granulés 39 77 19 8 6
Intérêts du Chauffage aux Granulés 15/15 Emissions polluantes faibles : - à fois moins de CO ; - ~ fois moins de particules. Très bien adapté aux petites chaufferies : homogène, stable, simple et automatique. Intéressant pour des procédés spéciaux demandant des pics de fonctionnement (exemple de fromageries). Intéressant pour substituer du charbon ou autres combustibles dans des centrales existantes. Intéressant pour des zones urbaines afin de limiter l impact sanitaire.
Conclusion 16/15 Les granulés de bois sont un combustible de grande qualité et simple d utilisation. Les émissions liées à la combustion de granulés sont très faibles, notamment vis-à-vis des autres combustibles bois. Le développement de ce mode de chauffage en milieu urbain est une alternative pertinente permettant de développer une énergie renouvelable et de limiter l impact environnemental. Il convient cependant de rendre l intérêt économique plus fort et de réduire son coût énergétique de fabrication. Il faut faire attention aux développements de granulés produits avec d autres biomasses qui peuvent poser des problèmes.