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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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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Conclusion
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4. Effets de la cocombustion
4.1 Qualité de la combustion
Le contrôle de l'aérodynamique dans la flamme est primordial pour assurer une bonne combustion. Généralement, une zone de recirculation est créée près du brûleur afin de maintenir une zone de haute température, avec un bon mélange et un temps de séjour suffisant pour le combustible. C'est dans cette zone que les matières volatiles sont émises. Si le taux d'humidité de la biomasse ajoutée est raisonnable, ainsi que sa granulométrie, la plage de stabilité de la combustion (accrochage de la flamme) peut se trouver élargie par l'augmentation de la teneur en matières volatiles. Cet effet est favorable à la conduite des installations.
Cependant, en fonction du couple charbon/biomasse choisi et de leurs proportions respectives, le comportement des brûleurs peut être très variable. On préfère l'association d'un charbon maigre (faible teneur en volatiles) avec de la biomasse possédant un taux élevé de matières volatiles, afin de ne pas perturber le fonctionnement normal du brûleur. En effet, dans certains cas, l'augmentation de la teneur en volatils entraîne un raccourcissement de la flamme qui peut détériorer le brûleur. Afin de ne pas l'endommager par une température excessive ou par encrassement (cf. § 4.2.1), l'étagement d'air dans le brûleur sera modifié, notamment en augmentant les débits d'air ou en variant le swirl. Ces effets sont plus ou moins nuancés selon l'humidité de la biomasse.
Le résidu carboné issu de la combustion de la biomasse est plus poreux et réactif que celui du charbon. Il n'entraîne pas de problème particulier.
HAUT DE PAGE4.2 Impact sur les équipements
Les paramètres favorisant l'encrassement sont : la taille et la morphologie des particules, la température de fusibilité des cendres, la nature de la surface des équipements. Les dépôts observés sont constitués de particules de tailles...
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Effets de la cocombustion
BIBLIOGRAPHIE
-
(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).
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(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).
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(3) - WILLIAMS (A.), POURKASHANIAN (M.), JONES (J.M.), SKORUPSKA (N.) - Combustion and gasification of coal. - Taylor & Francis (2000).
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(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).
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(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
HAUT DE PAGE
European Conferences on Industrial Furnaces and Boilers, biennale au Portugal http://www.cenertec.pt/infub/
European Biomass Conference, annuelle http://www.conference-biomass.com/
HAUT DE PAGE
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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