Condensation, Justsen rend les chaufferies à bois humide plus efficaces qu’en bois sec

Informations clés – Chaufferie sur réseau de chaleur urbain avec condensation – Combustible : plaquettes forestières – Chaudière de 4125 kW et condenseur Justsen – Rendement global chaudière avec condenseur : 109 à 120 % sur PCI selon humidité du bois – Mise en service : 2010 – Article paru dans le Bioénergie International n°34 de novembre-décembre 2014.

Chaufferie de Østbirk, photo Frédéric Douard

Chaufferie de Østbirk, photo Frédéric Douard

La chaudière Justsen et son condenseur à Østbirk, photo Frédéric Douard

La chaudière Justsen et son condenseur à Østbirk, photo Frédéric Douard

Dans les chaufferies de plusieurs MW, pour que le bois déchiqueté soit plus compétitif que le gaz naturel ou le charbon, il faut que le parcours entre sa source et la chaudière soit le plus simple possible. On pratique ainsi un flux plus ou moins tendu à partir de bois non séché. Or, la combustion d’un bois humide va entraîner des pertes significatives d’énergie dues à la vaporisation de l’eau contenue dans le bois si cette vapeur n’est pas valorisée avant rejet dans l’atmosphère (la différence entre PCI et PCS). Et si le prix du MWh obtenu avec du bois humide est déjà compétitif malgré cette perte, cela n’interdit pas de chercher à améliorer encore cette compétitivité en ne rejetant les gaz de combustion qu’après avoir condensé la vapeur au préalable pour en retirer le maximum d’énergie. L’opération récupère en plus de la chaleur de l’eau de combustion.

Au Danemark, cette pratique, déjà ancienne, correspond à un standard d’efficacité énergétique largement répandu, auquel chacun veut souscrire. Et pour aider à la décision, la réglementation nationale encourage cette pratique vertueuse en accordant des valeurs limites d’émissions de particules plus souples aux adeptes de la condensation qu’aux autres, à savoir 100 mg/Nm³ à 10% d’O2, au lieu de 40 mg sans condensation, et ceci à partir de 1 MW.

Livraison de bois, photo Østbirk Varmevaerk

Livraison de bois, photo Østbirk Varmevaerk

La condensation permettant en effet par elle-même d’abaissement les émissions particulaires en deçà des 100 mg/Nm³, cette facilité évite aux porteurs de projets de devoir investir dans un électrofiltre, ce qui leur donne de la marge pour investir dans la condensation. Ceci est globalement un assez bon calcul pour l’environnement, car les consommations globales d’énergie vont être nettement abaissées par ce choix.

Ce qui favorise également la pratique de la condensation au Danemark, c’est que la majorité des réseaux de chauffage sont déjà gérés en basse température, donc avec des retours froids, une condition indispensable pour condenser.

Le constructeur danois Justsen propose depuis 10 ans maintenant une solution propre à ses équipements.

Principe de la colonne de condensation Justsen

Principe du condenseur Justsen, schéma François Bornschein - Cliquer pour agrandir.

Principe du condenseur Justsen, schéma François Bornschein – Cliquer pour agrandir.

Si le principe de fonctionnement est simplissime (refroidir les gaz de fumée par un fluide froid qu’on réchauffe), la garantie d’un fonctionnement performant dans la durée est plus complexe à obtenir.
La colonne de condensation est fabriquée en fibre de verre pour sa tenue dans le temps. Les gaz de fumée à 160°C sont poussés dans le bas de la colonne de façon plongeante sachant que leur unique porte de sortie est 8 à 12 m plus haut selon les puissances. Les gaz en remontant vont rencontrer successivement une série de gicleurs aspergeant une eau mi-froide à réchauffer et les ramenant à 67°C, un filtre alvéolaire captant les polluants, une seconde série de gicleurs apportant l’eau la plus froide (à la température retour du réseau), puis un piège à gouttelettes avant de ressortir à 40°C, en ayant abandonné 120°C au circuit fermé du condenseur. Comme on le voit sur le schéma, ce circuit fait l’interface entre le condenseur et le retour du réseau de chaleur que l’on souhaite réchauffer.

Prenant maintenant le circuit de l’eau, le piège à gouttelettes tout en haut est lavé régulièrement par un jet montant. La condensation du piège tombe alors dans la colonne, rejoint l’eau des gicleurs froids, avec laquelle elle lave le filtre alvéolaire en passant à travers, rejoint l’eau mitigée, le tout à contre courant des gaz montants, offrant une cascade d’obstacles aux particules. L’eau réchauffée s’accumule à la base de la colonne d’où elle est pompée dans le circuit du condenseur pour aller réchauffer le réseau. La quantité d’eau du circuit augmentant avec l’apport des eaux de combustion et du bois, le surplus est évacué vers les systèmes de traitement, avec ajout d’un floculant, passage dans un décanteur, stockage des boues en big bag et neutralisation de l’eau à la soude avec contrôle continu du pH avant rejet dans le milieu.

Exemple de l’installation d’Østbirk

Le silo de la chaufferie de Østbirk, photo Frédéric Douard

Le silo de la chaufferie d’Østbirk, photo Frédéric Douard

Østbirk est un village de 2000 habitants près de Horsens au centre du Jutland. Comme la plupart des municipalités du pays (le Danemark compte 30 000 km de réseau de chaleur pour 5,6 millions d’habitants), Østbirk dispose d’un chauffage urbain. En 2009, la commune a décidé la construction d’une chaufferie à biomasse, en remplacement d’équipements anciens au fioul.

L’installation thermique a été réalisée en 2010 par les Ets Justsen avec une chaudière capable de consommer du bois jusque 55% d’humidité. Il est à noter que les derniers développements du constructeur lui permettent désormais d’accepter des bois jusque 60% d’humidité dans ses nouvelles chaudières.

Synoptique de commande de la chaufferie de Østbirk, photo Frédéric Douard - Cliquer pour agrandir.

Synoptique de commande de la chaufferie de Østbirk, photo Frédéric Douard – Cliquer pour agrandir.

Le cas du réseau de chaleur d’Østbirk au Danemark
Besoin

  • Réseau de chaleur pour une petite ville de 2000 habitants
Equipement thermique

  • Chaudière Justsen
  • Puissance : 4125 kW
  • Température de service : 115°C
  • Température de recyclage chaudière : 100°C
Fonctionnement

  • Combustible : bois déchiqueté d’une humidité de 40 à 55%.
  • Température de fumées : 160°C
  • Rendement de la chaudière : 89.2% sur PCI
  • Rendement global chaudière avec condenseur : 109 à 120 % sur PCI selon humidité du bois
  • Date de mise en service : 2010
Installation de traitement des condensats à Østbirk, photo Frédéric Douard

Installation de traitement des condensats à Østbirk, photo Frédéric Douard

Le niveau de température retour du réseau joue un rôle fondamental sur le niveau d’efficacité de la condensation et donc sur le rendement global de la chaufferie. Dans tous les cas, la température de retour doit être nettement inférieure au point de rosée des gaz de combustion, une valeur qui varie en fonction de l’humidité.

Performances du réseau de Østbirk - Cliquer pour agrandir.

Performances de la condensation à Østbirk – Cliquer pour agrandir.

Paradoxe : quand le bon surpasse l’excellent

En définitive, la remarque que l’on peut faire, c’est que grâce à la condensation, les chaufferies utilisant du bois très humide, avec des retours réseau froids, peuvent gagner de 10 à 20 points de rendement, et devenir plus efficaces que les chaudières utilisant du bois sec et pouvant plus difficilement justifier du même investissement, un argument que nous ne manquerons pas d’opposer à ceux qui trouveraient que de brûler du bois humide en grosse chaudière n’est pas assez écologique.

Contact Justsen en France : Carsten OLESEN – Tél. : 01 34 92 06 69 – info@justsen.fr – www.justsen.fr

Frédéric Douard en reportage à Østbirk

Informations de contact de Justsen

logo Justsen
Justsen en France
38 rue des Bouts de la Ville
F-78250 Gaillon sur Montcient
+33 1 3492 0669
@ www.justsen.fr‎ info@justsen.fr
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