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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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Description des installations de cocombustion de charbon et de biomasse
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2. Préparation et propriétés des combustibles
2.1 Préparation de la biomasse
Les combustibles provenant des différentes filières (exploitation forestière, industrie du bois, cultures dédiées, bois de recyclage, etc.) doivent subir des opérations de conditionnement réalisées généralement sur le lieu de production ou sur une plate-forme intermédiaire de préparation, voire parfois sur le site même de la chaufferie.
Les principales opérations sont :
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la collecte ou la récolte ;
-
le tri/séparation ;
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le broyage (pour préparer un combustible adapté à une valorisation en chaudière) ;
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le criblage (élimination des morceaux grossiers) et le dépoussiérage (élimination des particules trop fines) ;
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le séchage (en forêt, en plateformes, en hangars ventilés) et le stockage (air libre ou sous abri).
Certaines opérations ne seront pas à effectuer en fonction de l'origine de la biomasse (bois de rebut, cultures dédiées, etc.).
HAUT DE PAGE2.2 Propriétés de la biomasse
2.2.1 Caractérisation de la biomasse
Le tableau 1 présente les caractéristiques physico-chimiques de quelques exemples de biomasse :
-
un coproduit agricole (paille de céréales) ;
-
deux cultures énergétiques herbacées (miscanthus) et sylvicole (TTCR de peuplier) ;
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une biomasse d'origine forestière (plaquettes de bois) ;
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du bois issu de la filière recyclage (broyats de palettes).
Les combustibles biomasses possèdent des propriétés physico-chimiques relativement différentes selon leur origine ou leur provenance. On peut les caractériser par :
-
un taux de matière volatile élevé, typiquement entre 65 à 70 % et 80 % ;
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une humidité variable selon les types de produits :
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faible (15 à 30 %) pour des combustibles comme la paille de céréales, des cultures...
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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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-
...
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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