Combustion exemplaire d’agro-combustible dans la chaudière Justsen de Grandvilliers

Informations clés – Réseau de chaleur communal alimenté en chaleur produite à partir d’anas de lin – Consommation : 1200 tonnes/an – Fourniture du combustible : coopérative Lin 2000 – Chaudière à eau chaude Justsen de 2 MW – Réseau de chaleur de 3 km – Taux de couverture des besoins par la biomasse : 85% – 1000 tonnes de CO2 évitées par an – Investissement : 1 millions € – Exploitation : Cofely – Mise en service de la chaudière en janvier 2014 – Article publié dans le Bioénergie International n°35 de janvier-février 2015.

La zone de gazéification sur grille montre une bonne maîtrise du flux d'air primaire et très peu d'envolées, photo Frédéric Douard

La zone de gazéification sur grille montre une bonne maîtrise du flux d’air primaire et très peu d’envolées, photo Frédéric Douard

Lin en fleur, photo Lucien Bex

Lin en fleur, photo Lucien Bex

Grandvilliers dans le département de l’Oise est une commune de 3000 âmes située dans la zone de culture du lin. Elle héberge l’une des 10 plus importantes coopératives de teillage de lin de France, Lin 2000 qui regroupe 250 agriculteurs. Le teillage est une opération mécanique qui permet de séparer les fibres textiles du bois et de l’écorce de la plante par broyage et battage, le résidu est appelé anas. Ce sous-produit peut être valorisé dans la fabrication de panneaux agglomérés, d’isolants, de litière animale, de couvre-sol pour les massifs de fleurs ou encore pour produire de l’énergie. La France est le premier producteur mondial de lin et fournit près de 80 % de la fibre au niveau mondial pour une demande annuelle qui se situe autour de 100 000 tonnes. À Grandvilliers, 90% de la fibre est exportée vers la Chine.

Valoriser un agro-combustible local …

Depuis 2006 la coopérative linière est délégataire de la régie municipale de chauffage avec en gestion un réseau de chaleur de 3 km qui alimente la piscine, le collège, le lycée, l’éco-quartier, l’hôpital de 192 lits, 230 appartements HLM et une vingtaine de maisons individuelles. Après une première expérience malheureuse de valorisation énergétique de l’anas de lin qui s’est achevé en 2012, la ville et la coopérative ont néanmoins persévéré et récréé une toute nouvelle chaufferie qui fut mise en service en janvier 2014.

L'anas ou paille de lin est la tige broyée de la plante, à laquelle on a enlevé la fibre, photo Frédéric Douard

L’anas ou paille de lin est la tige broyée de la plante, à laquelle on a enlevé la fibre, photo F. Douard

Pour cette opération, la conception, la construction et l’exploitation de la chaufferie ont été confiées à Cofély. La coopérative, qui est à la fois fournisseur du combustible et gestionnaire du réseau de chaleur, vend donc le produit à l’exploitant et lui rachète la chaleur qu’elle distribue dans le réseau.

La nouvelle chaufferie est installée pour des raisons de commodité dans les locaux de la coopérative qui loue pour cela un bâtiment à Cofely. Elle est composée d’une chaudière à biomasse de 2 MW qui couvre 85 % des besoins du réseau et d’une chaudière d’appoint-secours au gaz naturel de 3,5 MW. Son coût s’est monté à un million €. Le projet permet désormais à la coopérative de valoriser 1200 des 3000 tonnes d’anas qu’elle produit chaque année, l’anas représentant 45% du poids du lin textile brut.

La chaufferie, avec le filtre à manches au premier plan, le cyclone et la chaudière, photo Frédéric Douard

La chaufferie, avec le filtre à manches au premier plan, le cyclone et la chaudière, photo F. Douard

… avec un équipement de combustion qui le permette

La chaudière Justsen de 2 MW à Grandvilliers, photo Frédéric Douard

La chaudière Justsen de 2 MW de Grandvilliers, photo FD

Il existe en fait très peu de chaufferies consommant de l’anas de lin, et pour cause, le lin n’est quasiment produit que dans la région littorale qui va de la Normandie au Nord-Pas-de-Calais, ce qui a forcément réduit les opportunités d’investigation.

Par ailleurs, à l’image de nombreux produits agricoles, l’anas de lin est un combustible particulièrement difficile à brûler. Non pas qu’il ne flambe pas correctement, bien au contraire, à 12% d’humidité ce n’est pas le problème, mais c’est la composition chimique du produit qui pose problème.

Déjà dans les années 80 lors du second choc pétrolier, l’AFME avait soutenu des expériences de valorisation énergétique de l’anas de lin, avec à la clé de très gros problèmes de fonctionnement, et notamment une production incontrôlable de mâchefer voire une vitrification totale des foyers. Alors certes à l’époque, on ne connaissait pas les foyers à grilles mobiles en petites puissances, et les foyers existant dans les puissances moyennes disposaient soit de soles planes, soit de grilles planes, soit de foyer de type Volcan. Et quelque soit la technologie de l’époque, les expériences durent toutes être abandonnées.

Foyer Justsen avec parois latérales refroidies, photo Justsen

Foyer Justsen avec parois latérales refroidies, photo Justsen

La cause principale de ce problème est la nature même des minéraux contenus dans ces biomasses dont la culture est fortement enrichie en certains éléments, et en particulier en potassium, de la fameuse formule NPK. Or le potassium favorise la vitrification des cendres en abaissant très sensiblement les températures de fusion des mélanges minéraux qui composent la cendre de biomasse agricole. Là où de la cendre de bois risque de commencer à ramollir vers 1200°C, une cendre riche en potassium commencera à devenir collante en deçà de 1000°C voire bien moins encore selon les cas.

Comme il est difficile de jouer sur cette composition chimique, la solution vient de la technologie d’utilisation. Et pour empêcher le phénomène, deux ou trois mesures existent.

  • La première consiste à évacuer le plus vite possible les minéraux sur grille afin qu’ils ne chauffent pas trop longtemps : la grille mobile est la solution, indispensable dans les petites puissances, mais pas toujours suffisante.
  • La seconde consiste à sur-ventiler la grille mobile en air primaire pour en maîtriser la température. Pour les combustibles fins et légers comme les pailles, ce n’est pas une bonne idée car cela favorise les envols et la production de cendres volantes, voire d’imbrûlés solides.
  • La solution qui résout le problème est le refroidissement de la grille à l’eau. En faisant circuler l’eau de la chaudière dans les supports de grilles mobiles, la vitrification est évitée.

Système de grilles Justsen refroidies par eau

Système de grilles Justsen refroidies par eau

La vis de décendrage montre une cendre fine sans aucun mâchefer, photo Frédéric Douard

La vis de décendrage montre une cendre fine sans aucun mâchefer, photo Frédéric Douard

Le constructeur danois JUSTSEN dispose quant à lui d’une expérience de plus de 20 ans sur ces questions de combustion de la paille. Le Danemark est en effet comme le Nord Ouest de la France, un pays plus agricole que forestier. Le constructeur a ainsi eu tout le temps nécessaire pour sophistiquer sa solution, par exemple en refroidissant également les parois latérales du foyer, à mi-hauteur de celles-ci, là ou le produit transite. Et là, où habituellement on trouve du béton réfractaire, sur les modèles Flex Paille de JUSTSEN, la paroi est directement refroidie à l’eau.

Parlons également du système de dosage proposé ici par Justsen

Tout d’abord, le produit étant fortement inflammable, la vis de dosage est déjà physiquement coupée de la vis de transfert silo par une écluse rotative qui permet une étanchéité totale à l’air. Ensuite, une double détection mécanique et électronique vient compléter cette sécurité incendie. En marche normale, une détection électronique reliée à l’automate va commander l’ouverture progressive d’une électrovanne pour mouiller le combustible si une élévation de température est mesurée sur la vis de dosage. Si cela ne suffit pas, une vanne thermostatique classique prend le relais à partir de 100°C. C’est également la vanne thermostatique qui oeuvrera en cas de panne de courant.

Des cellules infrarouges avec nettoyage pneumatique gèrent le niveau de combustible entre la vis et le bas de l’écluse. Un appareil à laser mesure l’humidité du produit en continu, ce qui permet à l’automate de la chaudière d’optimiser automatiquement la combustion.

Enfin, pour faciliter la facturation du combustible au kWh entrée chaudière entre Lin 2000 et Cofely, c’est l’automate de la chaudière qui va indiquer le volume consommé et le taux d’humidité du combustible.

Système de dosage du combustible avec mesure d'humidité en continu, photo Frédéric Douard

Système de dosage du combustible avec mesure d’humidité en continu, photo Frédéric Douard

Ajoutez à cela d’autres petits savoir-faire que l’on ne peut pas tous dévoiler ici et ces chaudières consomment de l’anas de lin aussi facilement que du bois, sans risque d’incendie, sans produire de mâchefer ni d’envolées intempestives.

Caractéristiques de la chaudière JUSTSEN FLEX de Grandvilliers
Puissance nominale 2 MW
Grille Mobile et refroidie par eau
Parois latérales du foyer Refroidies par eau
Ramonage de l’échangeur Pneumatique
Régulation Modulante de 10 à 100% de la puissance
Supervision Internet
Fonctionnement 11,5 mois par an pour chauffage & ECS
Charge minimale contractuelle 10% avec passage sur le filtre à manches
Rendement thermique 89 %
Maximum poussières demandé par le client 10mg/Nm3
Traitement de fumée Cyclone & filtre à manches
PCI du combustible 4970 kWh par tonne anhydre
Plage d’humidité du combustible 10 à 30%
Température de début de fusion de la cendre d’anas de lin 970 °C
Convoyage des anas depuis l’usine Pneumatique via un tube inox de 80 mm
Silo Extraction à racleurs hydrauliques
Convoyage vers la chaudière Vis sans fin
Système de dosage Vis sans fin
Régulation de la combustion Suivi de l’humidité en continu
Sécurité incendie Double système électronique et mécanique
Investissement  1 000 000 €

Pour en savoir plus : justsen.fr

Contact pour la France : Carsten OLESEN, 01 34 92 06 69 – info@justsen.fr

Frédéric Douard, en reportage à Grandvilliers

Le magazine Bioénergie International est disponible :

1 réponse
  1. Nicolas Bilot dit :

    Entre siccité et humidité il faut choisir : 12% de siccité, ça fait quand même 88% d’humidité sur brut, du coup ça ne flambe plus si bien …
    Article très intéressant au demeurant !
    Merci pour votre travail, et au plaisir de continuer à vous lire !

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