Une chaudière à lit fluidisé Bertsch-energy pour la centrale biomasse de Bâle

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Infos clés fiche de cas – Maîtrise d’ouvrage publique – Cogénération vapeur avec réseau de chaleur – Combustible : 100 000 tonnes de bois déchiqueté par an – Chaudière à bois Bertsch de 33 MWth – Puissance électrique : 4 MWé – Exploitation : IWB – Mise en service en 2008 – Article paru dans le Bioénergie International n°26 de juillet-août 2013.

Industrielle Werke Basel (IWB), société fondée en 1852, s’occupe de l’alimentation en eau, gaz, électricité et chaleur du canton de Bâle-Ville en Suisse. En matière de chauffage urbain, IWB livre chaque année environ 1 million de MWh de chaleur sur le territoire de la ville via un réseau souterrain de 200 km de longueur, installé en galerie, et alimenté par 20 chaufferies pour une puissance totale installée de 500 MW. C’est le plus gros réseau de chaleur de Suisse avec 45 000 logements raccordés ainsi que la plupart des bâtiments publics et de nombreuses entreprises. Cette chaleur est produite pour moitié à partir de la combustion des déchets ménagers non valorisés, à 40% à partir du gaz naturel après cogénération, et enfin à 10% à partir du bois depuis 2008, également après cogénération.

Choix du lit fluidisé stationnaire

En 2007, l’appel d’offre prévoyait une chaudière à grille mobile de 33 MWth, et laissait la possibilité de proposer un lit fluidisé. BERTSCHenergy a répondu sur les deux options, mais en mettant en avant le lit fluidisé, stationnaire dans cette gamme de puissance, pour le gain de place important, par rapport à une solution par grille, mais aussi pour la plus grande facilité à respecter les contraintes d’émissions atmosphériques, la facilité de maintenance et surtout pour une maintenance plus économique dans le temps, avec notamment beaucoup moins de pièces d’usure et peu de béton réfractaire à entretenir. L’expérience de BERTSCHenergy chez ses clients, aussi bien en grille qu’en lit fluidisé, montre que les solutions à grilles restent moins chères globalement jusque 20 MW à l’investissement, mais qu’au-delà le lit fluidisé est plus économique. La chaudière à grille a d’autres avantages comme par exemple une plus grande tolérance aux écarts de granulométrie. Ici à Bâle, la granulométrie demandée à l’entrée du lit est de 100 mm avec une tolérance pour des morceaux à 250 mm.

Notons pour la petite histoire que IWB a découvert un autre avantage du lit fluidisé dont il profite actuellement : la souplesse en matière de puissance. Du fait des marges prises à la construction et en changeant les réglages, BERTSCHenergy a augmenté la puissance de la chaudière de 10%. Le lit de la chaudière de IWB est composé de 35 tonnes de sable, d’une granulométrie de 0,5 à 2 mm. Le lit est mis en suspension par un ventilateur Scheuch sur une hauteur de 50 cm à la base du foyer. Le ventilateur souffle à travers une grille et au sein d’une grande marmite prévue pour supporter l’abrasion. L’usure horaire en sable est de 60 kg à pleine puissance, par mâcheférisation (sortie par soutirage) ou usure (sortie par les filtres).

Les cendres légères sont évacuées par filtres à manches (environ 60%) et les cendres lourdes (cailloux, mâchefers, métaux) intègrent le lit. La gestion de la quantité de sable (et cendres lourdes) se fait par une sonde de niveau. Les parties lourdes sont soutirées au niveau de la grille. Notons que pour limiter la mâcheférisation, un recyclage de gaz de fumée est opéré avec l’air primaire afin de maîtriser parfaitement Chaudière à lit fluidisé Bertsch la température.

Pour la capture des poussières, l’installation est pourvue de trois filtres à manche Scheuch. IWB ne déplore aucun problème depuis 5 ans sur ces filtres, alors même qu’ils sont en prise directe derrière la chaudière, car la place disponible n’a pas permis de placer un filtre cyclonique intermédiaire. Une combustion maîtrisée évite les escarbilles.

Notons également l’injection d’ammoniac en haut du foyer avec l’air de recirculation, pour garantir le taux des 100 mg/Nm³ à 6% d’O2 exigé à Bâle, et ceci en plus d’une recirculation des fumées en haut de foyer. Pour le reste, IWB n’a constaté aucune usure prématurée des tôles de la chaudière depuis 5 ans.

Les chiffres de la chaufferie bois

• Puissance : 33 MW
• Production de vapeur : 41 tonne/h
• Année de mis en service : 2008
• Température de consigne : 400°C
• Pression de service : 40 bars
• Rendement de la chaudière : 90%
• Plage de travail : 54 à 100 % de la puissance
• Puissance électrique fournie : 4 MWé
• Consommation horaire de bois : 14 tonnes/h
• Production de chaleur : 130 000 MWh/an
• Production d’électricité: 17 000 MWh_é/an
• Température de combustion : 810 à 850°C
• Oxygène des fumées : 4 % sur humide
• Limite d’émission en NOx : 100 mg à 6 % d’O2
• Taux de carbone max dans les cendres : 3 %
• Température gaz en sortie chaudière : 150°C
• Volume des fumées humides : 55 000 Nm³/h
• Plage d’humidité du bois : 10 à 50 %
• Niveaux : – 7  à + 30 m
• Personnel : 1 personne 24h/24.

Gestion du combustible

Le bois provient des forêts, de l’industrie du bois et du recyclage ; il est réceptionné dans quatre fosses de déchargement qui alimentent 2 silos d’une capacité totale de 4000 m³, ce qui correspond à une autonomie de 4 jours. Chaque silo dispose d’une vis d’égalisation qui dose le bois vers un convoyeur à chaînes, qui lui-même alimente une trémie tampon de 40 m³. Depuis les deux trémies, des vis doseuses conduisent le combustible vers les goulottes d’introduction tout en pesant ce qu’elles transportent, grâce à des balances différentielles. Et comme l’humidité du combustible est mesurée en continue en amont, les débits sont parfaitement adaptés à la demande de la chaudière.

Côté dimensionnement des deux trémies, chacune a la capacité d’apporter 90% de la puissance s’il le faut, ce qui permet de parer à la panne de l’une d’entre elles sans rupture de service. Notons enfin qu’une partie du transport du bois à Bâle profite de la voie d’eau (le Rhin) mais également du rail, et que 100% des cendres repartent par rail.

Contact : Carl-Christian Redl, BERTSCHenergy
Tel.: +43 5552 61 35 331 – Mobil: +43 664 81 30952
Christian.Redl@bertsch.at – www.­bertsch.­at

Frédéric Douard, en reportage à Bâle