Gros plan sur la maîtrise des émissions à la chaufferie bois de Chalon Est

Article paru dans le Bioénergie International n°52 de novembre-décembre 2017

La chaufferie Est de Chalon-sur-Saône, photo Frédéric Douard

Le réseau de chauffage urbain de la ville de Chalon-sur-Saône a été créé en 1962. Le réseau historique alimentait le quartier des Aubépins avec sa propre chaufferie et fonctionnait exclusivement au charbon. Il s’est développé au cours des deux décennies suivantes et une seconde chaufferie fut construite en 1973 pour permettre l’alimentation de l’Est de la ville. Le fioul lourd est venu compléter le charbon en 1969 puis le gaz naturel sur l’ensemble du réseau à partir de 1989. En 2000, une installation de cogénération au gaz a été ajoutée en base hiver.

L’arrivée de la biomasse sur le réseau

En 2004, avec le soutien de l’ADEME, de la région et du FEDER, une première installation à biomasse est construite sur le site des Aubépins, avec une chaudière bois WEISS France de 4,2 MW, portant la puissance installée de la chaufferie à 34,2 MW.

En 2010, lors de la construction du nouvel hôpital, une deuxième chaufferie à bois est mise en service pour assurer les besoins en chaleur de l’établissement, c’est la chaufferie dite Saint-Cosme. Toujours avec le soutien de l’ADEME, de la région et du FEDER, elle est équipée d’une chaudière bois WEISS France de 1,65 MW pour une puissance totale de 9,6 MW.

L’une des deux chaudières WEISS de 10 MW à la chaufferie Est avec à gauche son préchauffeur d’air comburant, photo Frédéric Douard

Et plus récemment, en 2013, toujours avec le soutien de l’ADEME, une troisième installation biomasse de 20 MW est réalisée sur le site de la chaufferie Est. La chaufferie dispose de deux chaudières bois WEISS France de 10 MW chacune, dans une chaufferie de désormais 80 MW.

L’arrivée de la troisième unité biomasse a permis au réseau, qui est entièrement interconnecté, de produire plus de 50 % de chaleur à partir d’énergie renouvelable et de bénéficier de la TVA réduite à 5,5 %. Ceci a permis de baisser le prix de vente de l’énergie de 11 % dès 2014.

Deux chaudières WEISS France de 10 MW

Le bois broyé est livré à Chalon dans un hall de stockage de 2660 m³ manipulé par un grappin automatique. Ce hall garantit 100 heures d’autonomie à pleine charge et comprend cinq points de déversement. Quatre de ces points alimentent directement les chaudières par des extracteurs à vérins, ce qui apporte une grande sécurité quant à d’éventuels incidents mécaniques sur une partie de la chaîne d’alimentation.

Le hall à bois de la chaufferie Est comprend cinq points de livraison, photo Frédéric Douard

Le combustible, réceptionné en dimensions P63 et P100, est composé de plaquettes forestières, de produits connexes de scieries et de bois de recyclage non traité et certifié selon la procédure de Sortie du Statut de Déchets.

Les extracteurs de bois du silo de Chalon Est, photo Frédéric Douard

Les deux chaudières WEISS France, mises en service début 2014, disposent d’un foyer à trois grilles mobiles pour affiner les réglages de combustion. Ces réglages sont définis selon l’humidité moyenne des produits en présence, selon des recettes de combustion préprogrammées.

Pour améliorer l’efficacité énergétique globale et la qualité de la combustion, les airs comburants (primaire, secondaire et tertiaire) sont préchauffés dans un échangeur tubulaire horizontal qui permet de récupérer la chaleur résiduelle des gaz de combustion.

En sortie de ce préchauffeur, les fumées sont filtrées successivement par un dépoussiéreur multicyclone puis par un filtre à manches pour respecter une valeur d’émission de poussières très stricte.

Valeurs limites d’émissions atmosphériques applicables à la chaufferie Est à 6 % d’oxygène
CO : 200 mg/Nm³ sec
Poussières : 10 mg/Nm³ sec
NOx : 200 mg/Nm³ sec
NH3 : 20 mg/Nm³ sec
SO2 : 100 mg/Nm³ sec

La chaufferie étant soumise, de par sa puissance totale, au statut de l’autorisation ICPE, ici 2910A, les émissions sont mesurées en continu. Pour les poussières, c’est un module Opastop® GP2001H de chez Fives Pillard qui assure cette traçabilité.

Les cendres sous foyer, celles des préchauffeurs et celles des multicyclones sont évacuées en voie humide et valorisées en agriculture. Elle représente 90 % des 600 tonnes produites annuellement par la chaufferie. Le reste est constitué de poussières des filtres à manches qui sont quant à elles enfouies en décharge contrôlée.

Gros plan sur le traitement des oxydes d’azote

Pour limiter les émissions d’oxydes d’azote (NOx), le chaudiériste a tout d’abord mis en place des mesures préventives de maîtrise des températures et de maîtrise de l’excès d’air au niveau des grilles. Il a notamment pour cela mis en place une recirculation en continu des fumées dans la zone d’oxydation. Mais pour garantir des émissions en deçà des 200 mg, ces mesures ne sont pas suffisantes et une injection d’urée dans la chambre de post-combustion a été prévue dès l’origine.

Les conduites de recyclage des fumées dans le bas du foyer, photo Frédéric Douard

WEISS France a ainsi fourni sa technologie via un Skid CALDYN. Elle comprend :

  • Un stockage de 20 m³ d’urée en solution en cuve à double paroi,
  • Une ligne d’air comprimé, d’eau adoucie et d’urée par générateur,
  • Quatre cannes d’injection par chaudière réparties sur deux étages.

Le mélange d’urée et d’eau adoucie est réalisé au plus près des cannes d’injection. L’injection est commandée par le générateur et régulée selon un point de consigne en NOx avec surveillance des émissions collatérales de NH3. Les émissions de gaz sont mesurées en continu par une baie FUJI ELECTRIC.

Dispositif de prélèvement et de mesure des gaz de combustion FUJI ELECTRIC, photo F. Douard

L’injection d’urée est commandée à partir d’une concentration supérieure ou égale à 170 mg/Nm³ de NOx. Elle est régulée dès que le seuil de NH3 dépasse les 5 mg/Nm³. Rappelons que l’ammoniac (NH3) se forme ici par excès d’urée.

Pour l’exploitant, la maîtrise de ces émissions en continue demande une grande vigilance tant au niveau gestion que maintenance :

  • Gestion du stock d’urée : adéquation niveau mini et quantité mini de livraison, délai livraison,
  • Risque chimique pour le personnel et pour l’environnement,
  • Qualité de l’eau adoucie,
  • Qualité de l’air de pulvérisation,
  • Maintien d’une température ambiante suffisante pour éviter la cristallisation, surtout avec une urée à 44 %.

Cannes d’injection de l’urée, photo Frédéric Douard

Pour garantir la bonne marche de ce contrôle continu, l’exploitant réalise une maintenance préventive d’une centaine d’heures par saison de chauffe :

  • Vérification et nettoyage des dépôts cristallins sur la robinetterie (clapet, électrovanne…) :
  • Entretien annuel : démontage des cannes et robinetterie.

Sur la dernière saison de chauffe, (2015-16), il a en plus réalisé 54 heures d’interventions curatives pour cause de :

  • Cannes d’injection bouchées,
  • Électrovanne bloquée en ouverture ou en fermeture.

Pour l’année 2016, ce suivi assidu s’est traduit par une valeur moyenne d’émission de NOx de 145 mg/Nm³ sec. Aucune non-conformité durant les mesures réglementaires en NOx et NH3 n’a été relevée par l’organisme notifié, et aucun dysfonctionnement majeur n’est à déplorer côté conduite et maintenance. La consommation d’urée s’est établie à 1,9 litre par MWh produit.

Chalon Energie, filiale d’Engie Réseaux, en quelques chiffres
Contrat de délégation de service public jusqu’en 2024
Besoins desservis : 15 200 équivalent-logements dont 58 bâtiments publics (144 GWh/an)
Puissance totale installée : 123,8 MW
Réseau de chaleur de 31 km (dont 22 km à 26 bar) avec 204 sous-stations
Mix énergétique : 53 % de biomasse, 38,5 % de cogénération gaz et 10 % gaz chaudière
Combustible bois : 31 500 tonnes dont 23 300 pour la chaufferie Est
CO2 évités : 32 400 tonnes par an
17 salariés

Baie de mesure en continu des gaz de combustion FE, photo FD

Contacts :

Frédéric Douard, en reportage à Chalon/Saône

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