Centrales à lit fluidisé sous pression

La technique de fluidisation est une technique très ancienne qui trouve ses premières applications dans l’industrie chimique et pétrochimique. Elle fut utilisée en Allemagne dès les années 20, dans les premiers gazéifieurs Winkler. Elle consiste à mettre un produit granuleux ou pulvérulent en suspension dans un gaz, cela afin d’améliorer le contact gaz/solides et favoriser la cinétique des réactions chimiques et du transfert thermique.

Ce n’est qu’au début des années 70 que l’on commença à s’intéresser à cette technique pour la combustion et à développer son application pour la génération de vapeur à partir de combustibles solides. Les vitesses de fluidisation utilisées étaient alors relativement faibles (1 à 2 m/s) et juste suffisantes pour mettre les particules de combustible en mouvement sans qu’il y ait entraînement. Ce mode de fluidisation a donné naissance à la première génération de foyers à lit fluidisé, appelés lits fluidisés denses (bubbling bed). Les premières réalisations industrielles de ce type ont permis de confirmer l’efficacité de la fluidisation pour la combustion du charbon. Mais simultanément elles ont mis en évidence un certain nombre de contraintes d’exploitation inhérentes au mode de fluidisation (problèmes de maintien du niveau du lit lors des variations de charge, d’alimentation et de distribution de combustible, de flexibilité vis-à-vis des variations des caractéristiques des combustibles, etc.).

Pour résoudre ces problèmes, les programmes de recherche s’orientèrent alors vers l’augmentation de la vitesse de fluidisation. Vers la fin des années 70, le concept du lit fluidisé circulant fit son apparition. Après une longue période de développement et de mise au point sur des unités pilotes, les premières réalisations de taille industrielle ont été construites dans les pays nordiques pour brûler de la tourbe.

Ce n’est que quelques années plus tard, sous la poussée de réglementations environnementales de plus en plus contraignantes, que la technique de fluidisation a été mise à profit pour la réduction in situ des polluants gazeux tels que les oxydes de soufre et les oxydes d’azote. La réduction des émissions d’oxydes de soufre est obtenue par injection de calcaire (ou dolomie) dans le lit. Les réactions de calcination du carbonate de calcium et de sulfatation sont favorisées par un contrôle efficace de la température de combustion à une valeur voisine de 850 ^oC. La réduction des oxydes d’azote est quant à elle favorisée par une température de combustion relativement basse (faible production de « NO_x thermique »), et par une combustion étagée (réduction de la production de « NO_x combustible »).

Depuis cette période la technique du lit fluidisé circulant s’est considérablement développée. Aujourd’hui, elle est reconnue par les producteurs d’électricité comme l’une des filières de combustion propre du charbon les plus performantes et les plus fiables. Tous constructeurs confondus, elle représente une part importante du marché mondial des chaudières à charbon. Ses domaines d’application sont variés :

• génération d’eau surchauffée pour réseau de chauffage ;

• génération de vapeur BP/MP pour procédés ;

• cogénération chaleur/électricité ;

• génération pure d’électricité (centrales thermiques).

De nombreux constructeurs sont en mesure de proposer des chaudières à lit fluidisé circulant atmosphérique de grande capacité (voir [doc. B 8 925]).