Les différents systèmes de traitement des fumées, avantages et inconvénients, évolution technologique attendue. Ludovic DUSCH SA COMPTE R

Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air 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 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 Coupe chaudière eau chaude avec foyer à grille et étagement d’air INTRODUCTION AIR SECONDAIRE ET RECYCLAGE FUMEES GRILLE AUTOMATIQUE AIR PRIMAIRE

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

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. Performances Permet 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 Avantages Son coût représente moins de 5 % du montant des équipements chaudière bois et ses annexes Sa simplicité et son coût d’exploitation quasiment nul Inconvénients Performance limitée

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 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 d’exploitation quasiment nul

Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air Dépoussiéreur multi-cyclones directement accolé à la chaudière (exemple 2500 kW) Ventilateur d’extraction Caisson avec cyclones Trémie de réception des poussières Cendrier sous foyer avec évacuateur à chaînes Source COMPTE R

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

Récupération poussières Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air Groupe haute tension L’ électrofiltre Zone de filtration Entrée gaz Sortie gaz Trémie de réception des poussières Récupération poussières Source BETH Filter

Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air L‘électrofiltre : Performances Ses 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 Avantages Insensible aux escarbilles, aux trop hautes et trop basses températures (condensation) 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 Inconvénients Son encombrement – Installation intérieure pour limiter les nuisances sonores La spécificité des opérations d’entretien due à la présence de haute tension

Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air L’électrofiltre L’électrofiltre 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 La benne à suies Source COMPTE R

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

Récupération poussières Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air Différents types de dé-colmatage Filtre à manches Entrée des Gaz Sortie des Gaz Manches filtrantes Récupération poussières Source TECFIDIS

Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air 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 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). 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 qu’un électrofiltre - Peut s’adapter sur toutes puissances dés 300 kW Montant fortement dépendant de la température des fumées et donc devient très concurrentiel en cas d’installation après un économiseur Simplicité des opérations d’exploitation (hors remplacement périodique des manches) Inconvénients Sa sensibilité aux escarbilles, points chauds et froids des fumées, attaques chimiques Sa forte perte de charge nécessitant d’augmenter sensiblement la puissance du ventilateur d’extraction La consommation d’air comprimé constante quelle que soit la taille du filtre Ses 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

Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air Caisson avec manches filtrantes Le filtre à manches By-pass avec Registres de sécurité Performances VLE 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) Source LUHR Filter

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.

Caissons de pulvérisation Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air Le condenseur Sortie gaz Entrée gaz Caissons de pulvérisation Traitement d’eau Réseau de chaleur à retours froids < 40°C Rejets à l’égout Echangeur Source Svensk Rökgasenergi

Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air Le condenseur Performances Le 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). Avantages Combinaison récupération d’énergie et dépoussiérage Inconvénients Son coût très différent selon les techniques et la taille des installations La nécessité d’avoir un combustible humide (humidité sur brut > 45 %) et des retours de réseau froids < 40 %. Le traitement des eaux

Bois-énergie : Quel impact sur la qualité de l’air Sortie gaz Condenseur Entrée gaz Refroidissement Echangeur Source Svensk Rökgasenergi