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En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Les différents systèmes de traitement des fumées, avantages et inconvénients, évolution technologique.

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1 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Les différents systèmes de traitement des fumées, avantages et inconvénients, évolution technologique attendue. Ludovic DUSCH SA COMPTE R

2 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Les polluants concernés Les fumées et leurs constituants principaux : La combustion de la biomasse est une réaction doxydation 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 dutilisation 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 dexploitation 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 linstallation de dispositifs en aval de la chaudière. Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair

3 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 La Réduction des polluants gazeux : Des mesures essentiellement primaires Une chaudière adaptée au combustible et vice versa Lhumidité 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 dexploitation maitrisées Bien adapter la puissance de la chaudière aux besoins réels du réseau et ne pas sur- dimensionner les installations. Respecter les conditions minimales dutilisation des chaudières La technologie de combustion complète et maitrisée Etanchéité et régularité de lintroduction de combustible. Privilégier la combustion sur grille automatique et la séparation des admissions dair primaire. Etagement des injections dair secondaire et réinjection de fumées en mélange. Chambres de combustion chaudes et superposées permettant daugmenter 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 lair

4 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Coupe chaudière eau chaude avec foyer à grille et étagement dair AIR PRIMAIRE INTRODUCTION AIR SECONDAIRE ET RECYCLAGE FUMEES GRILLE AUTOMATIQUE Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair

5 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair 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 dune puissance supérieure à 300 kW est généralement équipé dun 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 datteindre selon la technologie et son dimensionnement des valeurs inférieures aux différents seuils réglementaires de 100, 50, 30 et même 10 mg/Nm3

6 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair Le dépoussiéreur multi-cyclones : Principe de fonctionnement : Il est composé dune batterie de cyclones de petit diamètre assurant une séparation centrifuge des poussières qui sont récupérées dans la partie basse de lappareil alors que les fumées dépoussiérées repartent vers le haut. Une solution simple, souvent directement intégrée à la chaudière. Performances Permet de garantir dans des conditions normale dexploitation 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 Avantages Son coût représente moins de 5 % du montant des équipements chaudière bois et ses annexes Sa simplicité et son coût dexploitation quasiment nul Inconvénients Performance limitée

7 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair PRINCIPE CYCLONE TANGENTIEL Le dépoussiéreur multicyclones Performances VLE en poussières de 150 mg/Nm3 - Il convient pour les chaudières de moins de 4 mW VLE en poussières de 100 mg/Nm3 dans certaines conditions très strictes - Combustibles normalisés Une efficacité qui dépend de la taille des particules Avantages Son coût - < 5 % du montant des équipements chaudière bois et ses annexes Sa simplicité et son coût dexploitation quasiment nul

8 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair 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 dextraction

9 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair Lélectrofiltre : Principe de fonctionnement : Il est composé dun 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 saccumulent. 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 lensemble du dispositif dévacuation doivent être parfaitement bien calorifugés et équipés dun 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

10 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair Source BETH Filter Entrée gazSortie gaz Récupération poussières L électrofiltre Groupe haute tension Trémie de réception des poussières Zone de filtration

11 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair Lélectrofiltre : Performances Ses performances dépendent de la concentration en poussières dans le flux entrant, cest la raison pour laquelle le multi-cyclones est généralement conservé en amont dun 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 % d02). Il est possible de garantir des valeurs inférieures mais pour des surcouts importants Avantages Insensible aux escarbilles, aux trop hautes et trop basses températures (condensation) Robustesse et durée de vie - Faible coût dexploitation Faible perte charge ne nécessitant pas de by-pass Peu sadapter sur toutes puissances dés 300 Kw Inconvénients Son encombrement – Installation intérieure pour limiter les nuisances sonores La spécificité des opérations dentretien due à la présence de haute tension

12 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair Source COMPTE R Lélectrofiltre La benne à suies Performances VLE en poussières de 100, 50, ou 30 mg/Nm3 (à 11 % d02). Avantages Insensible aux escarbilles, aux trop hautes et trop basses températures Robustesse et durée de vie - Faible coût dexploitation Faible perte charge ne nécessitant pas de by-pass Peu sadapter sur toutes puissances dés 300 kW

13 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair Le filtre à manches : Principe de fonctionnement : Il est composé dun 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 dair 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 dun ensemble de by-pass en cas de détection de température anormale Comme pour lélectrofiltre, la trémie et lensemble du dispositif dévacuation doivent être parfaitement bien calorifugés et équipés dun 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

14 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair Source TECFIDIS Entrée des Gaz Sortie des Gaz Récupération poussières Filtre à manches Manches filtrantes Différents types de dé-colmatage

15 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair Le filtre à manche : Performances Ses performances sont indépendantes de la concentration en poussières dans le flux entrant, malgré cela le multi-cyclones est conservé en amont dun 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 % d02). Avantages Performance élevée quelque soit la concentration en entrée ce qui en fait un choix incontournable pour les biomasses à fortes émissions particulaires Encombrement moindre quun électrofiltre - Peut sadapter sur toutes puissances dés 300 kW Montant fortement dépendant de la température des fumées et donc devient très concurrentiel en cas dinstallation après un économiseur Simplicité des opérations dexploitation (hors remplacement périodique des manches) Inconvénients Sa sensibilité aux escarbilles, points chauds et froids des fumées, attaques chimiques Sa forte perte de charge nécessitant daugmenter sensiblement la puissance du ventilateur dextraction La consommation dair comprimé constante quelle que soit la taille du filtre Ses coûts dexploitation (les manches représentent 30 % du prix du filtre) et doivent être remplacées toutes les à heures soit tous les 4 à 5 ans

16 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair Source LUHR Filter Le filtre à manches By-pass avec Registres de sécurité Caisson avec manches filtrantes Performances VLE en poussières de 20, 10 mg/Nm3 (à 11 % d02). Avantages Performance élevée quelque soit la concentration en entrée Encombrement moindre quun éléctrofiltre Simplicité des opérations dexploitation (hors remplacement périodique des manches)

17 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair Les condenseurs : Principe de fonctionnement : Les fumées traversent une ou plusieurs chambres où elles sont soumises à une pulvérisation de gouttelettes deau froide. Sous laction de ce refroidissement, la vapeur deau contenue dans les fumées se condense en libérant une quantité importante dénergie. Cet échange permet de récupérer une quantité importante dénergie et aussi de capter une partie des particules contenues dans les fumées. Leau 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 dinstaller 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 deau incorporé ou non, présence dun filtre en amont). Plutôt développés pour les fortes puissances dans les pays du nord de lEurope ou lAutriche, des solutions plus économiques sont en cours de mise au point pour les petites et moyennes puissances.

18 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair Le condenseur Entrée gaz Sortie gaz Source Svensk Rökgasenergi Caissons de pulvérisation Traitement deau Echangeur Rejets à légout Réseau de chaleur à retours froids < 40°C

19 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair Le condenseur Performances Le dispositif permet selon la nature des poussières en entrée de lappareil datteindre des concentrations comprises en 50 et 100 mg/Nm3 (à 11% d02). Avantages Combinaison récupération dénergie et dépoussiérage Inconvénients Son coût très différent selon les techniques et la taille des installations La nécessité davoir un combustible humide (humidité sur brut > 45 %) et des retours de réseau froids < 40 %. Le traitement des eaux

20 En partenariat avec Biomasse et qualité de lair 24 mai 2011 Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de lair Source Svensk Rökgasenergi Condenseur Entrée gaz Sortie gaz Echangeur Refroidissement


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