Condensation des fumées sur des installations bois énergie

Journée technique
Nantes,
4 février 2015
Condensation des fumées sur des
installations bois énergie
Jean-Pierre TACHET, Conseiller technique du CIBE, animateur de la commission « REX »
Comité Interprofessionnel du Bois-Energie
E-mail : [email protected] - Site Internet : www.cibe.fr
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sur des installations bois énergie
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1
Principes de la combustion
FUMEES
AIR
CHALEUR
CENDRES
COMBUSTIBLE
1
REACTION
CHIMIQUE
2
TRANSFERT
CHALEUR
RAPPEL
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2
Etapes de la combustion du bois
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Introduction combustible et air de combustion
Chauffage du combustible
Séchage du combustible (évaporation de l’eau) 100°+
Pyrolyse (décomposition du bois: carbone + gaz
combustible) 250° … 500°
Gazéification du carbone (>> CO2, vapeur eau), 500°+
Oxydation gaz (>> CO2, vapeur eau) 700° … 1500°
Transfert de chaleur (flammes > parois et combustible frais,
gaz chauds > échangeurs chaleur)
Évacuation des gaz (refroidis)
Évacuation des cendres
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3
Combustion en chaudière
Séchage >> vaporisation
eau du combustible
FUMEES
2
Oxydation des gaz
(CO, H2, hydrocarbures…)
700°C < T < 1 500°C
1.2
Pyrolyse
(< 250°C)
(250°C < T < 500°C)
1.3 Gazéification
(500°C < T < 700°C)
Source CEDEN
1.1
Séchage
COMBUSTIBLE
CENDRES
AIR
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Schéma simplifié du cycle
de changement d’état de l’eau :
chaleur sensible et chaleur latente
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L’eau dans le bois
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Condensation des fumées: principe
Condenser la vapeur d’eau contenue dans
les fumées de combustion et récupérer la
chaleur latente libérée lors du changement
d’état, en abaissant leur température au-delà
du point de rosée.
Intérêt : récupérer une quantité de chaleur
très importante qui sinon est dispersée à
l ’atmosphère
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Pouvoirs calorifiques(*) inférieur et supérieur
d’un combustible
Pouvoir calorifique supérieur (PCS)
=
Pouvoir calorifique inférieur (PCI)
+ Chaleur latente de vaporisation
(*) exprimés en quantité d’énergie par
unité de masse :
(Kcal/Kg, KWh/t, KJ/Kg, etc…)
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Diagramme de Mollier (ou d’Enthalpie) de l’eau
1000,00 bar
50° 150° 250° 350° 500°
Température
Courbe
de
saturation
0° 100° 200° 300° 400°
100,00 bar
10,00 bar
Pression
1,00 bar
état liquide
état de vapeur saturante
0,10 bar
état de vapeur
surchauffée
Enthalpie kJ/kg
0,01 bar
0 kJ/kg 500 kJ/kg1000 kJ/kg1500 kJ/kg2000 kJ/kg2500 kJ/kg3000 kJ/kg3500 kJ/kg
Chaleur sensible
Chaleur latente
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Chaleur sensible
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Diagramme de Mollier (ou d’Enthalpie) de l’eau
Exemple, lu sur le diagramme :
•
•
•
Chaleur sensible (eau) entre 80 et100°C : 23 KWh/t
Chaleur latente vaporisation/condensation : 626 KWh/t
Chaleur sensible (vapeur) entre 100 et 200°C : 58 KWh/t
NB Attention il s’agit de valeurs numériques
concernant de la vapeur pure,
pas un mélange vapeur d’eau/fumées
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Condensation des fumées:
3 paramètres principaux
• Le niveau de température des fumées
• L’humidité du combustible
• L’excès d’O2 dans les fumées
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Impact de l’humidité du combustible
et de la température des fumées
Accroissement de
la chaleur
récupérée (%) en
fonction de la
température des
fumées pour
différentes
humidités relatives
du combustible
Points de rosée pour
différentes humidités du
combustible
.
source : Wood for Energy Production - center for biomass technology, Danish Energy Agency, 2005
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Impact de l’excès d’O2 dans les fumées
Point de rosée des fumées en fonction de la
concentration en oxygène
65
60
55
Point de rosée (°C)
70
Courbe pour
combustible à
55% HR
Courbe pour
combustible à
40% HR
Évolution de
la
température
du point de
rosée en
fonction du
taux
d’oxygène
dans les
fumées
50
2%
4%
6%
8%
10%
12%
Source : The Handbook of Biomass Combustion and Co-firing .
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Impact de l’excès d’O2 dans les fumées
Évolution
de la
quantité de
chaleur
contenue
dans les
fumées en
fonction du
taux
d’oxygène
Source : The Handbook of Biomass Combustion and Co-firing .
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Deux technologies principales
• Lavage des fumées (pulvérisation d’eau
dans les fumées, voie humide)
– Récupération des condensats
– Echange condensats / source froide
• Condensation par échange indirect (voie
sèche) :
– Echange fumées / source froide
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Lavage des fumées (pulvérisation d’eau dans
les fumées, voie humide), exemple :
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Condensation par échange indirect (voie
sèche), exemple :
Condenseur
Chaudi
ère
Retour
Source : FAGERSTA ENERGETICS
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Des architectures différentes
• Condensation puis dépoussiérage aval
>> impact de la condensation sur le
dépoussiérage
• Dépoussiérage puis condensation sur
fumées
>> condensation neutre sur dépoussiérage
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Le dépoussiérage
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Contraintes et points de vigilance
• Encrassement, si pas de dépoussiérage
amont
• Corrosion / tenue dans le temps des
matériaux (condenseur, cheminée)
• Traitement et élimination des résidus de
traitement
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Pour aller plus loin …
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Journée technique
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Merci pour votre attention
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