Les chauffages à bois automatiques sont proposés dans une large gamme de puis-sances, généralement comprises entre 200 kW et 5 MW. Ils sont utilisés pour chauffer des bâtiments individuels mais aussi de grands réseaux de chauffage, ainsi que pour des applications industrielles destinées p. ex. à la production de chaleur ou au chauffage d’huile thermique. Les types de combustibles les plus courants sont les pla-quettes forestières ou les résidus de bois issus de l’industrie de transformation du bois, mais également des types de bois de qualité moindre tels que le bois issu de l’en-tretien paysager ou le bois de récupération.
Illustration 140:
Foyer à combustion inférieure Illustration 141:
Foyer à grille (Schmid energy
so-lutions)
Chaudière Echangeur de chaleur
Foyer
tèmes ne sont pas appropriés à des types de combustibles plus humides et plus exi-geants. L’alimentation continue du com-bustible et un lit de comcom-bustible stable et calme permettent une régulation simple et efficace de la puissance, même en mode de faible charge. Ce type de foyer est en concurrence, dans la plage de faibles puis-sances, avec les chauffages à granulés. Si l’on dispose de suffisamment de place pour le stockage du combustible et que des systèmes d’alimentation simples sont possibles, il s’avère cependant plus avanta-geux que les chauffages à granulés en rai-son du coût réduit du combustible.
Foyer à grille: Dans le cas d’un foyer à grille, le combustible est poussé sur la grille à l’aide d’un module d’alimentation (convoyeur à vis ou système d’introduction hydraulique). La grille sur laquelle se dé-roulent les trois phases de la combustion peut être horizontale ou inclinée. Leurs éléments mobiles acheminent le combus-tible sur celle-ci. A l’extrémité de la grille, le combustible doit être complètement brûlé, et le décendrage peut avoir lieu. Le mouvement de ces éléments doit être adapté au combustible et à son taux d’hu-midité afin que les trois phases de la com-bustion se déroulent sur toute la longueur de la grille. En raison de la configuration plus étendue, nécessaire au bon déroule-ment de la combustion, par rapport à la cornue d’un foyer à propulsion inférieure, des types de bois plus humides peuvent être utilisés, ainsi que des combustibles riches en cendres et en scories de diffé-rents calibres, présentant une teneur en eau de 5 à 60 %. L’air primaire nécessaire à la combustion est introduit sous la grille, tandis que l’air secondaire est acheminé dans la zone de combustion au-dessus de la grille. Les gaz combustibles se mé-langent avec l’air secondaire dans la chambre de combustion chaude, afin de garantir une combustion complète. Les coûts d’investissement ainsi que les coûts d’entretien des foyers à grille sont supé-rieurs à ceux des foyers à propulsion infé-rieure. Néanmoins, les foyers à grille peuvent être utilisés avec des types de combustibles plus humides donc plus
avantageux, mais plus exigeants en termes de combustion. En outre, le décendrage des foyers à grille est mieux automatisé, ce qui réduit l’effort d’intervention.
Exemple: Réseau de chauffage à dis-tance d’Aeschemerbündten à Möhlin La société Möhlin AG exploite à Möhlin 6 réseaux de chauffage. La commune pro-meut l’utilisation du bois-énergie en exi-geant, dans les zones de constructions nou-velles raccordées au chauffage à distance, non seulement des taxes de raccordement pour l’eau et les eaux usées mais également pour l’approvisionnement en chauffage à distance. Les taxes sont dues que la construc-tion nouvelle soit ou non raccordée au chauffage à distance. De cette manière, la commune crée de bonnes conditions pour favoriser une densité de raccordement éle-vée dans les zones concernées.
La centrale comporte deux chauffages à bois de 1200 et 450 kW. Le réseau dessert à la fois des quartiers neufs et anciens, ainsi que des maisons individuelles et des im-meubles. L’investissement total pour les ins-tallations techniques dans la centrale de
Données de l’objet
Lieu Möhlin
Application Réseau de chauffage, eau chaude à 90 °C
Année de construction 2012 Investissement sans cen-trale avec conduites de chauffage à distance
3,2 millions de francs
Puissance des chauf-fages à bois
1200 kW et 450 kW
Production d’énergie 3400 MWh/an dans l’aménagement final
Remarques Exigences élevées en termes de pro-tection phonique, car des logements se trouvent au-dessus du chauffage à bois
Illustration 142:
Quartier d’habita-tion d’Aeschemer-bündten chauffé par une centrale de chauffe comprenant deux chaudières à bois. A gauche de l’entrée dans les ga-rages souterrains, on distingue les deux couvercles de silo.
Illustration 143:
Chauffages à bois présentant des puis-sances thermiques de 1200 kW et 450 kW sous des espaces habités; tous les composants de l’ins-tallation sont fixés ou logés avec dé-couplage acous-tique (Schmid energy solutions).
par de l’eau et par refroidissement des parois latérales de la chambre de combus-tion. Les chauffages à bois automatiques sont également utilisés dans des exploita-tions industrielles et commerciales ainsi que dans des couplages chaleur-force. Ils permettent également de produire de la vapeur pour l’industrie ou pour l’entraîne-ment de turbines. Une autre application est le chauffage d’huile thermique destiné à des applications industrielles, p. ex. pour les boulangeries industrielles ou les cou-plages chaleur-force utilisant le processus ORC (voir le chapitre sur la géothermie).
Régulation et exploitation: Les chauf-fages au bois automatiques peuvent être modulés dans une plage de 30 à 100 % de la puissance nominale. En présence de combustibles très humides, une exploita-tion dans la plage de puissance inférieure peut engendrer des émissions de polluants accrues et doit ainsi être évitée. Pour la ré-gulation des chauffages à bois automa-tiques, on utilise des régulations de dépres-sion, de puissance et de combustion. Ces régulations ont pour tâche, même en pré-sence de conditions de combustible et d’environnement variables, de garantir une exploitation durablement peu émissive et avec un rendement élevé.
Accumulateurs de chaleur: En raison de la possibilité de régulation limitée des chauffages à bois et de l’inertie du système due à la combustion de solides, on adjoint généralement aux chauffages à bois des accumulateurs de chaleur dimensionnés pour la capacité d’une heure de charge nominale. Etant donné que les chauffages à bois sont des générateurs de chaleur inertes ayant une capacité de régulation li-mitée, un accumulateur facilite l’exploita-tion en présence de varial’exploita-tions de charge rapides ainsi que dans les phases d’exploita-tion à très faible charge. Le dimensionne-ment recommandé permet de distribuer pendant une heure le double de la puis-sance de la chaudière. Cela permet, pour les installations bivalentes, de mieux couvrir avec le bois les pointes de chauffage ou pour les installations monovalentes, de di-mensionner la chaudière un peu plus petite.
chauffage et pour le chauffage à distance s’élève à 3,2 millions de francs. Pour la cen-trale de chauffe, Möhlin AG a loué les lo-caux du nouveau quartier d’habitation d’Aeschemerbündten. Cette installation a la particularité de n’intégrer aucune chaudière de secours ou de charge de pointe fossile dans le réseau, et de répondre à des exi-gences acoustiques très élevées. En effet, étant donné que la centrale se situe sous des espaces habités, toutes les installations ont dû faire l’objet d’un découplage acous-tique.
Dans le cas des foyers à grille comme dans le cas des foyers à propulsion inférieure, il convient, en présence de combustibles secs et de cendres à bas point de fusion, de prendre des mesures pour empêcher le goudronnage. Pour cela, la température dans la chambre de combustion doit être réduite. Cela peut s’effectuer sur le plan technique par recirculation des gaz de combustion ou par refroidissement actif de la chambre de combustion. Cela se fait par des éléments de grille fixes traversés
Illustration 144:
Chaudière à bois avec chaudière à huile thermique (Sägewerk Echtle KG).
Illustration 145:
Centrale à bois avec installation ORC à Nordrach, Alle-magne (Sägewerk
Echtle KG).
Exemple: Centre de biomasse de Spiez – Chauffage à bois de récupéra-tion et à résidus de bois
La société Oberland Energie AG a construit un centre de biomasse à Spiez. Ce système de recyclage intelligent se compose d’une installation de fermentation, d’une usine de compostage et d’un chauffage utilisant du bois de récupération et des résidus de bois.
Ce chauffage comporte deux chauffages à bois permettant de produire de la vapeur pour une exploitation industrielle voisine, la société Nitrochemie AG. La vapeur ainsi générée est acheminée via une conduite de vapeur à distance d’env. 450 m de long jusqu’à la société Nitrochemie AG, où elle est utilisée pour les processus de production et le chauffage des bâtiments. La société peut ainsi quasi complètement renoncer aux combustibles fossiles. Outre la produc-tion de vapeur pour l’exploitaproduc-tion indus-trielle, le chauffage à bois permet égale-ment de produire de la chaleur à distance pour le centre ABC de Spiez. Les combus-tibles utilisés sont des résidus de bois issus de la fermentation, du bois provenant de l’entretien paysager et du bois de récupéra-tion dont la part s’élève à 50 %. Le combus-tible est acheminé à l’aide de chargeuses sur roues sur le système d’extraction à fond mobile de la réserve de combustible
ou-verte. Le chauffage à bois possède un degré d’automatisation élevé et est équipée pour une «exploitation sans surveillance con-stante» (BOSB72). Cet exemple montre que les chauffages à bois permettent de garantir une disponibilité élevée de l’approvisionne-ment énergétique d’exploitations indus-trielles, même avec des combustibles bois de moindre qualité.
Emissions: Les chauffages à bois automa-tiques bien réglés et correctement exploités atteignent une bonne qualité de combus-tion et n’émettent que de faibles quantités de polluants sous forme de gaz ou de par-ticules non brûlées telles que le goudron et la suie. Si l’exploitation est rigoureuse, les problèmes d’odeurs sont quasi-inexistants.
Les chauffages à bois automatiques sans séparateur contribuent toutefois en hiver au dépassement des valeurs d’émission de particules fines, c’est pourquoi des mesures de filtration sont nécessaires. Dans les grands chauffages à bois, en particulier avec des combustibles ayant une teneur élevée en azote (p. ex. bois de récupération avec parts de panneaux agglomérés, écorce), le débit massique déterminant dans l’OPair de 2500 g/h peut être dépassé.
Ces installations sont donc soumises à une obligation de respect des valeurs limites d’oxydes d’azote. Cela requiert des disposi-tifs de dénitrification avec injection d’un agent réducteur (SNCR).
Filtres à particules: Jusqu’au renforcement de l’OPair en janvier 2009, les valeurs limites de particules fixées pour tous les chauffages à bois exigeaient uniquement la présence d’un séparateur de cendre volante. Dans le cadre du plan de mesures pour la réduction des particules fines de la Confédération, les valeurs limites d’émissions pour les parti-cules ont été renforcées de manière éche-lonnée jusqu’en janvier 2012. Les installa-tions existantes disposent d’un délai d’assai-nissement de 10 ans, délai qui peut être raccourci par les cantons. Les principaux procédés de filtration des particules pour les chauffages à bois sont les filtres à cyclones pour la séparation des grosses particules et les filtres électriques et filtres textiles pour la séparation des particules fines. L’illustration 149 montre le principe de fonctionnement Données de l’objet
Lieu Spiez
Application Production de vapeur à 18 bars Année de construction 2011
Investissement avec bâti-ment
15 millions de francs Puissance des chauffages à
bois
2 fois 6 t/h (vapeur) Production d’énergie 30 000 MWh/an
Remarque Combustion de types de combus-tibles-bois de moindre qualité avec disponibilité élevée de l’installation Illustration 146:
Conduite de vapeur à distance d’une longueur d’env. 450 m pour l’approvi-sionnement énergé-tique des processus de production et le chauffage de la
so-ciété Nitrochemie Wimmis AG.
Illustration 147: Ré-serve de combus-tible ouverte du chauffage à bois de récupération et
rési-dus de bois de Spiez, directement alimenté par des chargeuses sur roues sur les sys-tèmes d’extraction
à fond mobile. Le besoin annuel en plaquettes de bois s’élève à env.
55 000 m3.
Exemple: Boulangerie industrielle Coop à Gossau
La boulangerie industrielle Coop à Gossau utilise depuis 2011 un chauffage à bois pour le chauffage des lignes de cuisson et la pro-duction de vapeur. En termes de fiabilité et de fonctionnalité, les exigences sont éle-vées. Le chauffage à bois chauffe de l’huile thermique à env. 290 °C et prend en charge, à raison de 3600 MWh par an, l’approvi-sionnement de la charge de base de la bou-langerie. Les anciennes chaudières servent à la couverture des charges de pointe, ce qui permet une économie annuelle d’env. 900 tonnes de CO2 par rapport au précédent système de chauffage fossile (gaz naturel et mazout). Une extraction transversale hy-draulique achemine les plaquettes directe-ment jusque dans la chambre de combus-tion et assure une alimentacombus-tion extrême-ment fiable du chauffage à bois. La manu-tention du bois s’effectue à l’aide de deux conteneurs interchangeables, afin de ré-duire les émissions de poussières et d’odeurs à un minimum dans cette entreprise de pro-duction de denrées alimentaires. L’investis-sement total s’élève à 3,1 millions de francs.
Bien que cette transformation n’atteigne que tout juste la limite de rentabilité, Coop continue à miser sur cette technique de gé-nération de chaleur de processus à l’aide de bois dans d’autres projets.
des trois procédés. Dans le séparateur élec-trique, la séparation s’effectue par charge des particules dans un champ électrique et séparation de la poussière au niveau d’une surface métallique. La surface métallique sur laquelle s’accumulent les particules est nettoyée périodiquement de façon méca-nique. L’efficacité de ce système dépend de la tension et du temps de séjour des parti-cules dans le séparateur. Etant donné la faible vitesse d’écoulement requise dans le séparateur, les dimensions de l’appareil sont importantes et les coûts sont élevés. Pour réduire la pollution du gaz brut en amont du filtre, il est donc intéressant de connecter un cyclone en amont du séparateur électrique.
Dans le filtre textile, la séparation s’effectue sur une surface filtrante et sur la couche de particules qui y est déposée. Après dépasse-ment d’une perte de pression définie à tra-vers le filtre et le gâteau de filtration qui s’est formé, un nettoyage à l’air comprimé est effectué. Les filtres textiles présentent des dimensions plus faibles, mais en raison de la perte de pression élevée, du besoin en air comprimé et de la durée d’utilisation limitée des tuyaux de filtre, les coûts d’exploitation sont plus élevés. Un autre inconvénient des filtres textiles réside dans la projection d’étincelles ou dans les phénomènes d’ad-hérence lorsque l’on passe en dessous du point de rosée, en cas d’utilisation de com-bustibles ayant une teneur élevée en eau.
C’est notamment pour cela que les filtres textiles sont plutôt rarement utilisés dans les chauffages à bois.
Données de l’objet
Lieu Gossau
Application Huile thermique 290 °C Année de construction 2011
Investissement avec bâtiment 3,1 millions de francs Puissance des chauffages à
bois
600 kW Production d’énergie 3600 MWh/an
Remarque Prescriptions strictes en matière d’émissions de poussières et d’odeurs (denrées alimentaires)
Illustration 149:
Chaudière à huile thermique verticale réalisée sur le chauffage à bois, avec une pression d’essai de 32 bars, une température d’huile thermique de 290 °C et un net-toyage automa-tique à air com-primé.
Illustration 150: Ré-serve de combus-tible appropriée à une entreprise de production de den-rées alimentaires, avec deux conte-neurs interchan-geables et une porte à enroule-ment. Cette solu-tion permet de ré-duire à un mini-mum les émissions de poussières et d’odeurs causées par la manutention du bois.
Illustration 148:
Principe de fonc-tionnement d’un cy-clone, d’un filtre électrique et d’un filtre textile.
Filtre électrique Filtre textile
Gaz épuré Gaz brut
Fermentation
La notion de fermentation désigne la dé-gradation de matière biogène par des mi-croorganismes en l’absence d’oxygène, c’est-à-dire dans des conditions anaéro-bies. Plusieurs groupes de bactéries trans-forment le carbone dégradé en biogaz.
1 m³ de biogaz pèse env. 1,2 kg. Le biogaz se compose pour l’essentiel de:
]
] 60 % de méthane ]
] 35 % de dioxyde de carbone ]
] 5 % d’eau, d’azote, d’hydrogène, d’oxy-gène et d’hydrod’oxy-gène sulfuré
Le gaz méthane est une forme d’énergie qui existe depuis l’origine des temps, que ce soit par fermentation dans le cycle na-turel ou dans le tube digestif des êtres vi-vants: Des microbactéries transforment des produits naturels (biomasse) en biogaz ou gaz méthane, dans le cadre d’un pro-cessus biologique complexe. Les bactéries anaérobies sont apparues alors que l’at-mosphère terrestre était encore exempte d’oxygène. Ces bactéries unicellulaires
rondes, en forme de bâtonnets ou de fils mesurent moins d’un micron. Etant donné que la majeure partie de l’énergie de la matière dégradée est préservée dans le méthane, il ne reste aux bactéries que peu d’énergie pour vivre et se multiplier. Ainsi, lors de la fermentation (à l’inverse du com-postage), aucune énergie en excès ne se dégage sous forme de chaleur. Les ma-tières non dégradées par les bactéries dans le cadre du processus anaérobie forment les résidus de fermentation ou le digestat.
Réintroduites dans la nature, ces subs-tances nutritives favorisent la croissance d’une nouvelle biomasse. Les conditions du processus de dégradation anaérobie sont les suivantes:
]
] Humidité – substances organiques hu-mides
] ] Chaleur ]]Obscurité
]
] Milieu pauvre en oxygène Mike Keller
Illustration 151:
Un tas de digestat compte plus de mi-croorganismes que la terre ne compte d’êtres humains!