Détermination de la fusibilité des cendres de biomasse agricole

Mesure du taux de cendre, photo Socor

Une des particularités majeure de la combustion des granulés agricoles est la fusibilité des cendres qui est la température à laquelle elles fondent. Les cendres sont les résidus minéraux du bois après combustion.

Selon la composition initiale de la matière minérale, les transformations physico-chimiques peuvent être plus ou moins importantes. Compte tenu des températures élevées qui règnent dans le foyer, les particules de cendres formées peuvent, en fonction de leurs caractéristiques, être à l’origine de problèmes d’exploitation sévères.

Les cendres s’agglomèrent en mâchefers imperméables à l’air et causent de nombreuses difficultés de fonctionnement du foyer (collage des cendres sur les barreaux de grille, sur les parois latérales du foyer, attaque chimique et corrosion du matériel, obstacle à la bonne répartition de l’air de combustion, difficultés d’évacuation etc). La fusibilité des cendres est donc importante à connaitre car elle détermine le comportement des différents produits dans les foyers. Afin d’éviter ce problème, il faudra contrôler la température du foyer pour s’assurer que celle-ci n’atteigne pas la température de fusibilité des cendres.

Les chaudières équipées de foyers à grilles mobiles présentent l’avantage d’être insensibles aux problèmes de mâchefer. Si la composition et le comportement à haute température (800 à 1500 °C) de cendres des combustibles classiques sont bien connues, il n’en est pas de même pour les cendres résultant de la combustion des granulés agricoles.

Leur composition sera variable d’un type de biocombustible à l’autre et par conséquent leur comportement à haute température. D’autre part, le mélange des matières premières risque de produire des cendres de composition variable qui peuvent, dans certaines circonstances s’avérer plus fusibles que prévu.

Il existe un test normalisé permettant de mesurer le comportement des cendres lorsqu’elles sont portées entre 800 et 1500 °C. Il s’agit du test de fusibilité. Il consiste à réaliser une éprouvette de cendre et de la placer dans un four tubulaire balayé par un gaz (oxydant ou réducteur selon le type de chaudière) et d’observer la déformation éventuelle de cette éprouvette en fonction de la température. La première étape est généralement un arrondissement de la pointe ou des arrêtes (temp. initiale de déformation).

Puis si la cendre est relativement fusible, l’éprouvette s’affaissera pour prendre une forme d’hémisphère dû au ramollissement de la cendre. Si la cendre est très fusible, elle se liquéfiera et s’étalera sur son support. Les points caractéristiques sont définis par les températures pour lesquelles les éprouvettes présentent des formes géométriques prédéfinies. L’ITEBE, au sein du Club granulés, travaille avec les constructeurs d’équipements de production d’énergie et les producteurs de combustibles, sur les paramètres de la Marque de qualité granulés qui permettra de garantir que les granulés sont bien adaptés à tel ou tel équipement.

Yves GIRARD, Laboratoire SOCOR :  y.girard(a)socor.fr
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>> Article publié dans le Bioénergie International N°2 de septembre 2007.

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