FireCube, le catalyseur de combustion qui change la vie des exploitants de chaudières à biomasse

Article publié dans le Bioénergie International n°42 de mars-avril 2016

Les envolées observées ici dans la chaudière d'AEB en 2012 ont été fortement réduites avec l'utilisation du Fire Cube, photo Frédéric Douard

Les envolées observées ici dans la chaudière dAEB en 2012 ont été fortement réduites avec l’utilisation du Fire Cube, photo Frédéric Douard


FireCube est une solution innovante et inédite de dopage catalytique de la combustion, par la mise en œuvre en phase gazeuse d’un précurseur, intimement mélangé au comburant, l’air de combustion.

L’action catalytique du FireCube

Le Fire Cube injecte le catalyseur dans l'air primaire, à partir d'un fût sous pression, ici chez AEB, photo Frédéric Douard

Le Fire Cube injecte le catalyseur dans l’air primaire, à partir d’un fût sous pression, ici chez AEB, photo Frédéric Douard

Au cœur de la flamme, le catalyseur facilite, accélère et complète les réactions chimiques de l’oxydation thermique. Imbrûlés solides et gazeux sont ainsi mieux oxydés. Successivement, les oxydes métalliques du catalyseur se mélangent aux matrices de matières déposées (l’encrassement), les déstructurent, les fragilisent, les fluidifient et les rendent non accrochantes, donc drainantes. Le système thermique asservi peut alors être exploité avec moins d’air, plus près de la stœchiométrie. L’ensemble des actions du FireCube permet in fine d’exploiter de manière plus efficace du point de vue énergétique, environnemental et économique l’outil thermique asservi.

La technologie FireCube consiste à transformer un précurseur, porteur d’oxydes de manganèse acteurs de l’impact catalytique, en vapeurs nanométriques dosées. Pour avoir l’impact recherché, cet apport catalytique doit être en quantité et en répartition adaptées au volume où se tient la combustion ; pour ce faire, il faut régler le dosage et l’équilibrage du catalyseur dans l’air (ou les airs) de combustion, utilisé comme vecteur de diffusion.

La technologie FireCube est constituée d’éco-diffuseurs spécifiques, les machines FireCube constituées en gamme, et les catalyseurs qui sont des organométalliques ou métallocènes développés sur une base manganèse.

Performances FireCube

Au final, l’action du catalyseur permet de baisser la température nécessaire de combustion, ce qui permet de réduire les phénomènes de vitrification des cendres et d’oxydation de l’azote. Elle permet également de réduire l’excès d’air puisque la combustion se fait bien, et donc de réduire la vitesse, et donc les envolées, et donc l’encrassement de la chaudière.

Champs d’application

Vue des tubes d'eau de la chaudière d'AEB, photo Tim Ricaud, Alpes Energie Bois

Vue des tubes d’eau de la chaudière d’AEB, photo Tim Ricaud, Alpes Energie Bois

La technologie FireCube est appliquée sur différents systèmes thermiques, par exemple :

  • des chaudières à tubes de fumées, à tubes d’eau, mixte, BP, HP, vapeur, eau chaude…
  • des chaudières à fluide thermique de processus…
  • des chaudières à grille fixe, à grille mobile,
  • des foyers directs ou indirects pour séchoirs.

La technologie FireCube a été conçue pour traiter la plupart des combustibles à chaîne carbonée, fossiles et renouvelables. Elle est particulièrement efficace sur les combustibles liquides techniques tels que les fiouls lourds et sur les combustibles solides en plein essor tels que les biomasses (bois, déchets…).

FireCube offre une grande polyvalence d’application, autant pour traiter de manière préventive des chaudières mises à l’épreuve et en difficulté (charge trop forte, très mauvais combustible, matériels en fin de vie, etc), que pour optimiser des chaudières déjà performantes en les dopant au delà de ce que leurs concepteurs en attendent.

Performances et bénéfices

En matière de rendement thermique, le bénéfice est une amélioration dans une proportion de 3% à 15%, avec moins d’énergie primaire par MWthermique produit, ou  plus de MWthermique par unité massique d’énergie primaire consommée.

Ramonage FireCubeEn matière d’émissions, le CO est abaissé ou totalement oxydé, les NOx réduits par l’effet de catalyse et le réglage à minima de l’air en excès, et le CO2 massique diminué.

En matière de maintenance préventive, on obtient une inhibition de la formation des mâchefers sur grille et une disparition des phénomènes de vitrification des dépôts sur les parois.
Selon la nature du combustible, les travaux de ramonage peuvent même être supprimés ou simplifiés.

L’action du FireCube prévient également de la corrosion des corps métalliques à l’approche des points de rosée.

En matière de conduite de chaudière, le système thermique encaisse mieux les variations brutales de charge, subit moins les facteurs énergétiques pénalisant (siccité de la biomasse par ex.). Cette action de maintenance préventive permet d’accroître la disponibilité et la longévité des systèmes thermiques asservis.

Les résultats sur la chaudière bois d’une industrie laitière

Sur une chaudière à tubes d’eau et de fumée de 20 TVap/h, à 37 bar, alimentée en bois-énergie, il a été observé un accroissement de la production instantanée à 23 TVap/h et à 450 TVap/24h contre 350 TVap/24h en fin de cycle, un drainage des dépôts en chambre de combustion, une suppression des mâchefers et de la vitrification et des temps d’arrêt pour maintenance divisés par 3.
Dans ce même cas, l’utilisation du FireCube apporte la perspective de pouvoir continuer à utiliser un combustible de moindre qualité, à coût bas, en évitant les déboires que cela occasionnait auparavant.

Les résultats chez Alpes Energie Bois

La centrale de cogénération d’AEB dispose d’une chaudière à tubes d’eau de 18 tonnes Vap, 65 bars, et produit 3,5 MWé. Elle est alimentée par des écorces et des plaquettes forestières.

La centrale de cogénération Alpes Energie Bois utilise le Fire Cube depuis 2013, photo F Douard

La centrale de cogénération d’Alpes Energie Bois utilise le Fire Cube depuis 2013, photo F Douard

Laurent Fustinoni, responsable chez AEB : « Nous avons installé le FireCube en juin 2013. Nous louons le matériel d’injection et achetons le liquide consommable. Son utilisation a engendré une amélioration de la combustion avec une réduction visible de l’encrassement. Cette baisse de l’encrassement a permis de réduire les séquences de ramonage vapeur qui sont très consommatrices de fluide et qui font chuter la production électrique. Initialement, nous ramonions deux fois par jour, ce qui fait baisser la disponibilité de vapeur de 50% durant 20 minutes à chaque cycle. Aujourd’hui nous avons pu réduire à un cycle par jour, ce qui n’est pas neutre économiquement puisque cela nous a permis de gagner 1 MWh de production électrique par jour. Au-delà de ces gains quotidiens, et nous l’avons constaté durant l’entretien annuel d’août 2015, nous n’avons pas été obligés de réaliser de sablage de la chaudière comme c’est nécessaire habituellement. »

La chaudière bois vapeur dAEB, 14,5 MW, photo Frédéric Douard

La chaudière bois vapeur d’AEB, 14,5 MW, F Douard

Au niveau de la conduite de la chaudière, le Fire Cube apporte également un confort à l’exploitant en favorisant un plan de feu stable et un excès d’air bas (1,045 obtenu chez AEB avec du bois très humide, une performance !).

Pour Laurent Fustinoni, « aujourd’hui les gains d’exploitation couvrent largement le coût d’exploitation du FireCube, mais il reste des perspectives d’amélioration et un gain économique à aller chercher, notamment à certaines époques de l’année où le combustible est plus difficile. Et nous souhaitons encore baisser le rythme des ramonages, ceci fait partie des optimisations à conduire dans les mois qui viennent. »

Notons enfin pour l’anecdote, que durant l’été 2015, lors de la visite d’entretien annuel du constructeur de la chaudière, Weiss Kessel Gmbh, celui-ci a été surpris de trouver sa chaudière propre, et ce d’autant qu’il venait de passer la même semaine sur une autre chaudière du même modèle en Suisse, et qui était quant à elle très encrassée. Les techniciens du constructeur allemand ont déclaré « qu’ils n’avaient jamais vu l’équivalent auparavant, après une année de fonctionnement, et surtout en comparaison de l’état de la chaudière chez des confrères helvètes qui ont dû subir de lourds travaux de maintenance cet été là ». Et comme l’information circule bien entre le France et la Suisse francophone, les collègues suisses ont installé maintenant un FireCube, après être venus constater les résultats chez AEB !

Les tubes d'eau de la chaudière préservés de l'encrassement par le Fire Cube, photo Tim Ricaud, Alpes Energie Bois

Les tubes d’eau de la chaudière préservés de l’encrassement par le Fire Cube, photo Tim Ricaud, Alpes Energie Bois

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