Farébersviller, les promesses de la condensation en chaufferie à bois humide

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Article paru dans le Bioénergie International n°32 de juillet-août 2014

Le principe de la condensation des fumées pour la récupération d’énergie est en train de parcourir les esprits de nombreux porteurs de projets biomasse mais aussi d’exploitants de chaufferies déjà en service. Sans cesse à la recherche d’améliorations de la rentabilité des installations, les exploitants s’intéressent aujourd’hui à la vapeur d’eau qui sort des chaudières à biomasse humide, car elle est très abondante et représente une marge de progrès importante de l’efficacité. Notons que le principe n’est pas récent et qu’il existe en Europe de nombreuses installations en fonctionnement dont certaines depuis plus de 20 ans.

Le 1er avril 2014, le Cibe organisait fort à propos un séminaire à Forbach et Farébersviller en Moselle sur la condensation, une réunion qui rencontra un vif succès avec près de cent professionnels du chauffage industriel et collectif.

Rappelons juste en introduction que la condensation de la vapeur d’eau contenue dans la fumée permet, en abaissant sa température en deçà du point de rosée, de récupérer, lorsqu’elle repasse en phase liquide, l’énergie qui l’avait vaporisée dans le foyer et qu’elle avait emportée avec elle dans les fumées. Cette vapeur a deux origines : l’eau de combustion et l’humidité du bois. Donc plus le bois utilisé est humide, plus la condensation aura potentiellement de l’intérêt car elle permettra de récupérer le différentiel entre PCI et PCS, d’autant plus important que l’humidité du bois est forte.

Les travaux du CIBE ont rappelé que les gains potentiels de la condensation sur bois humide peuvent aller de 10 à 25% d’énergie récupérée sur des réseaux de chaleur dont la température est inférieure à 50°C, voire même bien plus sur des processus industriels si le bois est vraiment très humide et si le fluide de condensation est vraiment froid (30, 20, voire 10°C comme c’est possible en sortie de séchoirs).

Les présentations des entreprises (Scheuch, SaveEnergy, Cofely) ont aussi montré l’influence des différents indicateurs sur ces performances :

• L’importance du delta T°C entre le point de rosée et la source froide sur le pourcentage de récupération, et la nécessité d’œuvrer sur la régulation de distribution pour l’amplifier au maximum,
• L’importance évidente de la température des fumées, qui, plus elle est haute, moins la quantité de chaleur récupérée a été importante,
• L’importance de l’humidité du bois qui, plus elle est haute, plus la quantité de vapeur (chaleur latente à récupérer) est importante, et plus le point de rosée est élevé,
• L’importance du taux d’oxygène des fumées qui, plus il est faible, plus le point de rosée est élevé, et plus la quantité de chaleur dans les fumées est importante.
  

  Le condenseur Condens Oy à Farébersviller, photo Frédéric Douard

De nombreux aspects techniques ont aussi été discutés comme la voie sèche et la voie humide, le dépoussiérage amont ou aval de la condensation, les mesures mises en œuvre par les fabricants pour garantir la durée de vie de leurs équipements (Inox, fibre de verre ou pas d’échangeur) ou encore comment éviter le panache au dessus des cheminées (par dilution avec de l’air extérieur par exemple).

Pour finir, les exploitants ont souligné la difficulté des prises de décision au regard du coût des équipements, qui, bien qu’ils aient commencé à baisser, peuvent encore représenter jusqu’à 50% du prix de la chaudière pour des petits modèles et cela, même si le retour sur investissement est beaucoup plus rapide que pour une chaudière, environ cinq ans. Dans cette optique, des exploitants comme Cofely, qui auront mis en service 8 condensations en France entre 2012 et 2015, soulignent l’importance de l’argument épuration des fumées dans la décision d’investissement.

Le cas de Farébersviller

Le Cibe avait organisé la visite d’une chaufferie collective équipée d’une condensation sur la commune de Farébersviller non loin de Forbach. Cette chaufferie alimente 2000 logements qui appartenaient autrefois aux Houillères de Lorraine, qui disposaient de leur propre réseau de chaleur alimenté au charbon. Aujourd’hui, la chaufferie et son réseau de 8 km sont exploités par Cofely. La chaufferie est équipée d’une chaudière bois Weiss-France de 3,5 MW et d’un condenseur Condens Oy de 885 kW sur la biomasse. Un filtre multicyclone et un filtre à manches précèdent le condenseur. Par ailleurs, la chaufferie dispose également d’une chaufferie et d’une cogénération gaz. Le réseau ne distribue pas d’eau chaude sanitaire.

En mars 2014, la puissance moyenne du condenseur a été de 630 kW. L’énergie récupérée durant la saison de chauffe a été de 700 MWh en comptant avec 2 mois d’arrêt. Le rendement de récupération s’est situé entre 18 et 26%.

Pour parvenir à ce niveau de performance sur un réseau de chaleur comportant uniquement de l’habitat, des aménagements ont du être opérés pour disposer de conditions favorables à la condensation. En fait, le réseau est partagé en trois circuits, dont deux ont désormais des retours suffisamment froid pour condenser. Pour ces deux réseaux, les températures ont pu être très sensiblement baissées suite aux travaux d’isolation faits sur les logements, et notamment pour l’un des deux réseaux qui n’alimente que des planchers à basse température. Suite, à ces travaux, l’hydraulique primaire et secondaire étant devenus surdimensionnées, il a été possible de baisser les températures.

Le condenseur-laveur de Condens Oy

L’entreprise finlandaise Condens Heat Recovery Oy conçoit et fournit des unités de condensation depuis 1990, et elle a équipé la chaufferie de Farébersviller.

Parmi les paramètres requis pour une récupération optimale de chaleur lors de la condensation de fumées, il y a une température basse et une capacité thermique suffisante du flux recevant la chaleur. Dans certains cas, la récupération de chaleur peut être accrue en humidifiant l´air de combustion. C’est le principe utilisé par Condens Oy dans ses condenseurs humides qui permettent d’optimiser le contact entre les phases gazeuse et liquide grâce à une circulation à contre courant entre le liquide et le gaz. Le condenseur à lit fixe Condens Oy se comporte de plus comme un laveur de fumée et récupère les particules d’une taille supérieure ou égale à 1 μm.

Dans son principe, les fumées, après dépoussiérage, circulent dans le condenseur-laveur de manière ascendante. Les condensats sont récupérés en fond d’ouvrage, circulent à travers un échangeur de chaleur à plaques et transfèrent leur chaleur au réseau de chauffage, puis sont recirculés en haut du condenseur afin d’alimenter à nouveau le contre-courant d’eau descendante. L’excès de condensats est renvoyé vers une cuve d’équilibrage du pH, où une injection de soude est possible afin de neutraliser les condensats avant rejet. En fonctionnement normal, lorsqu’il y a condensation l’ajout d’eau n’est pas requis. Du fait d’une circulation continue de l’eau dans le condenseur, l’encrassement est négligeable. Lors d’une période d’arrêt annuel, un contrôle est cependant recommandé. Les condenseurs Condens Oy sont en verre ou fibre de verre, permettant de résister à tout risque de corrosion, ou en acier inoxydable suivant les besoins.

Après neutralisation, les condensats sont rejetés aux égouts. Afin d’autoriser leur rejet, du fait qu’il contiennent des particules solides, Condens Oy propose une unité autonome de nettoyage par filtre à pression, où la teneur garantie en solide dans le filtrat est inférieure à 10 mg/l.

Contact : Ville Haavisto – Tél : +358 3 653 3111 – ville.haavisto@condens.fi – www.condens.fi

Frédéric Douard, en reportage à Farébersviller