Journée techniquele mercredi 6 avril 2016
à BOURG-EN-BRESSE (01)
Chaudières bois à condensation :Chaudières bois à condensation :haute performance énergétiquehaute performance énergétique
Intérêts et exigences d’une technologie émergenteIntérêts et exigences d’une technologie émergenteConférencesConférences (matin) &(matin) & visite (visite (aprèsaprès--midimidi))
Journée techniqueBourg-en-Bresse,
6 avril 2016
Condensation des fumées surdes installations bois énergie
Jean-Pierre TACHET, Conseiller technique du CIBE,animateur de la commission « REX »
1
Comité Interprofessionnel du Bois-EnergieE-mail : [email protected] - Site Internet : www.cibe.fr
Condensation des fumées surdes installations bois énergie
Jean-Pierre TACHET, Conseiller technique du CIBE,animateur de la commission « REX »
Principes de la combustion
AIR FUMEESAIR
COMBUSTIBLE
FUMEES
CENDRES2
TRANSFERTCHALEUR
1REACTIONCHIMIQUE
CHALEUR
2Condensation des fuméessur des installations bois énergie
2TRANSFERT
CHALEUR
1REACTIONCHIMIQUE
RAPPEL
Bourg-en-Bresse,6 avril 2016
Etapes de la combustion du bois
• Introduction combustible et air de combustion• Chauffage du combustible• Séchage du combustible (évaporation de l’eau) 100°+• Pyrolyse (décomposition du bois: carbone + gaz
combustible) 250° … 500°• Gazéification du carbone (>> CO2, vapeur eau), 500°+• Oxydation gaz (>> CO2, vapeur eau) 700° … 1300°• Transfert de chaleur (flammes > parois et combustible frais,
gaz chauds > échangeurs chaleur)• Évacuation des gaz (refroidis)• Évacuation des cendres
• Introduction combustible et air de combustion• Chauffage du combustible• Séchage du combustible (évaporation de l’eau) 100°+• Pyrolyse (décomposition du bois: carbone + gaz
combustible) 250° … 500°• Gazéification du carbone (>> CO2, vapeur eau), 500°+• Oxydation gaz (>> CO2, vapeur eau) 700° … 1300°• Transfert de chaleur (flammes > parois et combustible frais,
gaz chauds > échangeurs chaleur)• Évacuation des gaz (refroidis)• Évacuation des cendres
3Condensation des fuméessur des installations bois énergie
• Introduction combustible et air de combustion• Chauffage du combustible• Séchage du combustible (évaporation de l’eau) 100°+• Pyrolyse (décomposition du bois: carbone + gaz
combustible) 250° … 500°• Gazéification du carbone (>> CO2, vapeur eau), 500°+• Oxydation gaz (>> CO2, vapeur eau) 700° … 1300°• Transfert de chaleur (flammes > parois et combustible frais,
gaz chauds > échangeurs chaleur)• Évacuation des gaz (refroidis)• Évacuation des cendres
Bourg-en-Bresse,6 avril 2016
1.1Séchage(< 250°C)
1.2Pyrolyse
(250°C < T < 500°C) 1.3 Gazéification(500°C < T < 700°C)
2Oxydation des gaz
(CO, H2, hydrocarbures…)700°C < T < 1 500°C
Séchage >> vaporisationeau du combustible
Combustion en chaudière
FUMEES
1.1Séchage(< 250°C)
1.2Pyrolyse
(250°C < T < 500°C) 1.3 Gazéification(500°C < T < 700°C)
2Oxydation des gaz
(CO, H2, hydrocarbures…)700°C < T < 1 500°C
1.1Séchage(< 250°C)
1.2Pyrolyse
(250°C < T < 500°C) 1.3 Gazéification(500°C < T < 700°C)
2Oxydation des gaz
(CO, H2, hydrocarbures…)700°C < T < 1 500°C
Sour
ce C
EDENCOMBUSTIBLE
4Condensation des fuméessur des installations bois énergie
1.1Séchage(< 250°C)
1.2Pyrolyse
(250°C < T < 500°C) 1.3 Gazéification(500°C < T < 700°C)
2Oxydation des gaz
(CO, H2, hydrocarbures…)700°C < T < 1 500°C
Sour
ce C
EDEN
AIR
CENDRES
Bourg-en-Bresse,6 avril 2016
Schéma simplifié du cyclede changement d’état de l’eau :
chaleur sensible et chaleur latente
5Condensation des fuméessur des installations bois énergie
Bourg-en-Bresse,6 avril 2016
L’eau dans le bois
6Condensation des fuméessur des installations bois énergie
Bourg-en-Bresse,6 avril 2016
Condensation des fumées: principe
Condenser la vapeur d’eau contenue dansles fumées de combustion et récupérer lachaleur latente libérée lors du changementd’état, en abaissant leur température au-delàdu point de rosée.
Condenser la vapeur d’eau contenue dansles fumées de combustion et récupérer lachaleur latente libérée lors du changementd’état, en abaissant leur température au-delàdu point de rosée.
Intérêt : récupérer une quantité de chaleurtrès importante qui sinon est dispersée àl ’atmosphère
7Condensation des fuméessur des installations bois énergie
Intérêt : récupérer une quantité de chaleurtrès importante qui sinon est dispersée àl ’atmosphère
Bourg-en-Bresse,6 avril 2016
Pouvoirs calorifiques(*) inférieur et supérieurd’un combustible
Pouvoir calorifique supérieur (PCS)=
Pouvoir calorifique inférieur (PCI)+ Chaleur latente de vaporisation
Pouvoir calorifique supérieur (PCS)=
Pouvoir calorifique inférieur (PCI)+ Chaleur latente de vaporisation
8Condensation des fuméessur des installations bois énergie
(*) exprimés en quantité d’énergie parunité de masse :
(Kcal/Kg, KWh/t, KJ/Kg, etc…)
Bourg-en-Bresse,6 avril 2016
Diagramme de Mollier (ou d’Enthalpie) de l’eau
0,01 bar
0,10 bar
1,00 bar
10,00 bar
100,00 bar
1000,00 bar
0 kJ/kg 500 kJ/kg1000 kJ/kg1500 kJ/kg2000 kJ/kg2500 kJ/kg3000 kJ/kg3500 kJ/kg
Température50° 150° 250° 350° 500°0° 100° 200° 300° 400° Courbe de saturation
0,01 bar
0,10 bar
1,00 bar
10,00 bar
100,00 bar
1000,00 bar
0 kJ/kg 500 kJ/kg1000 kJ/kg1500 kJ/kg2000 kJ/kg2500 kJ/kg3000 kJ/kg3500 kJ/kg
Pression
état de vapeur saturante état de vapeursurchauffée
état liquide
9Condensation des fuméessur des installations bois énergie
0,01 bar
0,10 bar
1,00 bar
10,00 bar
100,00 bar
1000,00 bar
0 kJ/kg 500 kJ/kg1000 kJ/kg1500 kJ/kg2000 kJ/kg2500 kJ/kg3000 kJ/kg3500 kJ/kg
Enthalpie kJ/kg
état de vapeursurchauffée
Chaleur sensible Chaleur sensibleChaleur latente
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Diagramme de Mollier (ou d’Enthalpie) de l’eau
Exemple, lu sur le diagramme :
• Chaleur sensible (eau) entre 80 et100°C : 23 KWh/t• Chaleur latente vaporisation/condensation : 626 KWh/t• Chaleur sensible (vapeur) entre 100 et 200°C : 58 KWh/t
NB Attention il s’agit de valeurs numériquesconcernant de la vapeur pure,
pas un mélange vapeur d’eau/fumées
10Condensation des fuméessur des installations bois énergie
NB Attention il s’agit de valeurs numériquesconcernant de la vapeur pure,
pas un mélange vapeur d’eau/fumées
Bourg-en-Bresse,6 avril 2016
Condensation des fumées:3 paramètres principaux
• Le niveau de température des fumées
• L’humidité du combustible
• L’excès d’O2 dans les fumées
• Le niveau de température des fumées
• L’humidité du combustible
• L’excès d’O2 dans les fumées
11Condensation des fuméessur des installations bois énergie
Bourg-en-Bresse,6 avril 2016
Impact de l’humidité du combustibleet de la température des fumées
Accroissement dela chaleurrécupérée (%) enfonction de latempérature desfumées pourdifférenteshumidités relativesdu combustible
Accroissement dela chaleurrécupérée (%) enfonction de latempérature desfumées pourdifférenteshumidités relativesdu combustible
Points de roséepour différenteshumidités ducombustible
55% HR
10% HR
12Condensation des fuméessur des installations bois énergie
source : CFP sept.2015.
Accroissement dela chaleurrécupérée (%) enfonction de latempérature desfumées pourdifférenteshumidités relativesdu combustible
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Impact de l’excès d’O2 dans les fumées
Évolution delatempératuredu point derosée enfonction dutauxd’oxygènedans lesfumées
50
55
60
65
70
2% 4% 6% 8% 10% 12%
Point de rosée des fumées en fonction de laconcentration en oxygène
Poin
t de
rosé
e(°
C)Évolution delatempératuredu point derosée enfonction dutauxd’oxygènedans lesfumées
50
55
60
65
70
2% 4% 6% 8% 10% 12%
Point de rosée des fumées en fonction de laconcentration en oxygène
Poin
t de
rosé
e(°
C)
Courbe pourcombustible à40% HR
Courbe pourcombustible à55% HR
13Condensation des fuméessur des installations bois énergie
Source : The Handbook of Biomass Combustion and Co-firing .
Évolution delatempératuredu point derosée enfonction dutauxd’oxygènedans lesfumées
50
55
60
65
70
2% 4% 6% 8% 10% 12%
Point de rosée des fumées en fonction de laconcentration en oxygène
Poin
t de
rosé
e(°
C)
Courbe pourcombustible à40% HR
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Impact de l’excès d’O2 dans les fumées
Évolutionde laquantité dechaleurcontenuedans lesfumées enfonction dutauxd’oxygène
Évolutionde laquantité dechaleurcontenuedans lesfumées enfonction dutauxd’oxygène
14Condensation des fuméessur des installations bois énergie
Évolutionde laquantité dechaleurcontenuedans lesfumées enfonction dutauxd’oxygène
Source : The Handbook of Biomass Combustion and Co-firing .
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Deux technologies principales
• Lavage des fumées (pulvérisation d’eaudans les fumées, voie humide)
– Récupération des condensats– Echange condensats / source froide
• Condensation par échange indirect (voiesèche) :
– Echange fumées / source froide
• Lavage des fumées (pulvérisation d’eaudans les fumées, voie humide)
– Récupération des condensats– Echange condensats / source froide
• Condensation par échange indirect (voiesèche) :
– Echange fumées / source froide
15Condensation des fuméessur des installations bois énergie
• Lavage des fumées (pulvérisation d’eaudans les fumées, voie humide)
– Récupération des condensats– Echange condensats / source froide
• Condensation par échange indirect (voiesèche) :
– Echange fumées / source froide
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Lavage des fumées (pulvérisation d’eau dansles fumées, voie humide), principe :
fumées vers cheminée
condensats
fumées
chaudière
condenseur
pulvérisation
16Condensation des fuméessur des installations bois énergie
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condensats
boues
récupération
Condensation par échange indirect (voiesèche), principe :
fumées vers cheminée
récupération
fumées
chaudière
condenseur
17Condensation des fuméessur des installations bois énergie
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Des architectures différentes
• Condensation puis dépoussiérage aval>> impact de la condensation sur ledépoussiérage
• Dépoussiérage puis condensation surfumées
>> condensation neutre sur dépoussiérage
• Condensation puis dépoussiérage aval>> impact de la condensation sur ledépoussiérage
• Dépoussiérage puis condensation surfumées
>> condensation neutre sur dépoussiérage
18Condensation des fuméessur des installations bois énergie
• Condensation puis dépoussiérage aval>> impact de la condensation sur ledépoussiérage
• Dépoussiérage puis condensation surfumées
>> condensation neutre sur dépoussiérage
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Condensation et dépoussiérage
Zone d’efficacitédes systèmes decondensationà voie humide
19Condensation des fuméessur des installations bois énergie
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source : CFP sept.2015.
Contraintes et points de vigilance
• Encrassement, si pas de dépoussiérageamont
• Corrosion / tenue dans le temps desmatériaux (condenseur, cheminée)
• Traitement et élimination des résidus detraitement
• Encrassement, si pas de dépoussiérageamont
• Corrosion / tenue dans le temps desmatériaux (condenseur, cheminée)
• Traitement et élimination des résidus detraitement
20Condensation des fuméessur des installations bois énergie
• Encrassement, si pas de dépoussiérageamont
• Corrosion / tenue dans le temps desmatériaux (condenseur, cheminée)
• Traitement et élimination des résidus detraitement
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Pour aller plus loin …
Condensation des fumées sur desinstallations bois énergie
21Condensation des fuméessur des installations bois
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Journée techniqueBourg-en-Bresse,
6 avril 2016
Merci pour votre attention
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22Condensation des fuméessur des installations bois énergie
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