Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
La co-combustion de charbon et de biomasse consiste à brûler un mélange de deux combustibles différents, une partie du combustible fossile ayant été remplacé par de la biomasse. Ce procédé permet d'augmenter facilement la production d'énergie renouvelable et cela à faible coût. Sa mise en place dans des centrales à charbon existantes requiert des modifications techniques, appelées « retrofit ». Cet article présente le cas des grandes centrales à charbon pulvérisé, pour lesquelles la proportion de biomasse utilisée peut atteindre 10 % en masse. Les caractéristiques de la biomasse sont comparées à celles du charbon, en particulier au sujet des impacts possibles vis-à-vis de la conduite de l'installation. Les différents modes de préparation et d'injection de biomasse sont décrits avec notamment, les options favorables techniquement ou économiquement. Enfin, les impacts sur les équipements et sur l'environnement sont détaillés, le problème majeur étant de parvenir à limiter la production de cendres volantes, mais aussi d’améliorer l'efficacité et la durée de vie des systèmes d'épuration des fumées.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Sébastien CAILLAT : Département Énergétique industrielle, École des mines de Douai - Enseignant-chercheur
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Esperanza PERDRIX : Département Chimie et environnement, École des mines de Douai - Enseignant-chercheur
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Karim TABET : Docteur en Génie des procédés industriels - Chef de projet biomasse énergie Veolia Environnement Recherche et Innovation Centre de recherche sur la propreté et l'énergie
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Benoît TAUPIN : Docteur en Énergétique, expert Combustion Veolia Environnement Recherche et Innovation Centre de recherche sur la propreté et l'énergie
INTRODUCTION
La cocombustion s'inscrit dans l'effort de modernisation des centrales à charbon existantes. Améliorer le rendement d'une centrale à charbon de 10 points équivaut à réduire ses émissions de CO2 de 20 %. L'enjeu est donc important et on estime que la réhabilitation de toutes les centrales existantes dans le monde, avec les meilleures technologies disponibles, permettrait de réduire les émissions mondiales en CO2 de 1,5 à 2 Gt par an.
Ce dossier traite de l'application de la cocombustion de charbon et de biomasse sur des grandes centrales thermiques à charbon pulvérisé existantes, typiquement d'une capacité supérieure à environ 20 MW. Introduire ou augmenter la part de biomasse dans le combustible de ces centrales permet de réduire leurs émissions en CO2 , et de diminuer leur contribution à l'effet de serre. Néanmoins, cette pratique a des impacts sur la conduite des installations, qui varient suivant le couple biomasse/charbon utilisé. Ce dossier décrit les conséquences de la cocombustion sur la préparation des combustibles, leurs modes d'introduction, la conduite et la qualité de la combustion, ainsi que les impacts sur les équipements et l'environnement. Les installations à lit fluidisé, plus récentes et de technologies différentes, ne sont pas abordées ici.
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Effets de la cocombustion
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3. Description des installations de cocombustion de charbon et de biomasse
3.1 Types d'installations pratiquant la cocombustion
Pour faire fonctionner en cocombustion une installation, originellement alimentée par du charbon pulvérisé, différentes options sont envisageables : la cocombustion directe, indirecte et parallèle.
HAUT DE PAGE
La biomasse et le charbon alimentent directement le foyer d'une chaudière à charbon existante.
La cocombustion directe (figure 4) est une technique très séduisante car elle impose le minimum de modifications de l'installation existante. En effet, la totalité de la chaudière est conservée. Deux variantes existent :
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la première consiste à utiliser l'installation existante à l'identique (seule une filière d'approvisionnement en biomasse est ajoutée) ; cette technique est la moins coûteuse mais elle ne permet pas d'acheminer des proportions de biomasse supérieures à 10 % en masse de combustible. En effet, on estime que les dérives de fonctionnement arrivent pour des quantités supérieures, surtout au niveau des broyeurs ;
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la seconde variante consiste à créer un circuit de brûleurs et de broyeurs dédiés à la biomasse. Cette solution permet d'acheminer des proportions de biomasse supérieures à 10 % en masse de combustible.
Dans beaucoup d'études de faisabilité de rétrofit (mise à niveau), la cocombustion directe est adoptée pour les raisons suivantes :
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elle n'implique que les frais d'adaptation d'une usine existante et non pas ceux qui correspondent à la construction d'une nouvelle installation biomasse ;
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les chaudières peuvent utiliser le mélange charbon/biomasse comme le charbon seul, selon l'état du marché ;
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la conversion énergétique de la biomasse dans de grandes centrales énergétiques est meilleure que dans de petites chaudières à grille.
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Description des installations de cocombustion de charbon et de biomasse
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SANDER (B.), HENRIKSEN (N.), JENSEN (J.N.) - Emissions, corrosion and alkali chemistry in straw fired combined heat and power plants. - 1st World Conference on Biomass for Energy and Industry, Séville, Espagne, p. 775-778 (2000).
-
(2) - MANN (M.K.), SPATH (P.L.) - Comparison of the environmental consequences of power from biomass, coal, and natural gas. - Proceedings of the 1st World Conference on Biomass for Energy and Industry, Londres, p. 65-68 (2001).
-
(3) - WILLIAMS (A.), POURKASHANIAN (M.), JONES (J.M.), SKORUPSKA (N.) - Combustion and gasification of coal. - Taylor & Francis (2000).
-
(4) - ULLOA (C.A.), GORDONB (A.L.), GARCÍA (X.A.) - Thermogravimetric study of interactions in the pyrolysis of blends of coal with radiate pine sawdust. - Fuel Processing Technology, 90, p. 583-590 (2009).
-
(5) - DEMRIBAS (A.) - Sustainable Cofiring of biomass with coal. - Energy and Conversion Management, 44, p. 1465-1479 (2003).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Biomass Combustion and Co-firing task of the IEA Bioenergy Agreement, IEA Task 32. Activités liées à la cocombustion et bases de données des installations existantes http://www.ieabcc.nl
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European Conferences on Industrial Furnaces and Boilers, biennale au Portugal http://www.cenertec.pt/infub/
European Biomass Conference, annuelle http://www.conference-biomass.com/
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Directive 2008/1/CE relative à la prévention et à la réduction intégrées de la pollution (directive dite « IPPC » pour Integrated Pollution Prevention and Control ) JOUE no L 24 du 29 janvier 2008.
Directive no 2001/80/CE du 23/10/01 relative à la limitation des émissions de certains polluants dans l'atmosphère en provenance des grandes installations de combustion (directive GIC dite « LGP » pour Large Combustion Plants ) JOCE no L 309 du 27 novembre 2001.
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