Combustion_industrielle

Combustion industrielle et problématiques environnementales : Une préoccupation majeure pour Babcock Wanson

 

Au cours des dernières années, et particulièrement depuis le Protocole de Kyoto (1997), les effets négatifs de la combustion sur l’environnement, notamment les émissions de gaz à effet de serre, sont devenus un enjeu central pour le secteur industriel.

Les énergies fossiles sont le moteur de l’industrie. Elles sont la source de tous les process industriels, nécessaires, indispensables, et pourtant si problématiques.

Babcock Wanson est un acteur international majeur du secteur industriel.  A ce titre, nous sommes engagés sur le long terme pour permettre aux industriels de réduire leur utilisation d’énergies fossiles, de réduire leur empreinte carbone, et de tendre vers une industrie soutenable, dans un monde durable.

Les phénomènes négatifs engendrés par les brûleurs industriels peuvent être divisés en deux grandes catégories : Le CO2, d’une part, et les polluants nocifs (méthane, souffre, oxydes d’azote) d’autre part.

Le CO2 se dégage par réaction chimique entre l’oxygène présent dans l’air comburant et le carbone contenu dans les combustibles fossiles, en dégageant de la chaleur. Il est en grande partie responsable du réchauffement climatique et au centre des questions de soutenabilité environnementale qui sont posées aux industriels.

Les émissions de polluants nocifs pour la santé humaine ou la biodiversité forment l’autre grande catégorie de nuisances causées par la combustion industrielle. Le méthane (CH4), le souffre (SO2) en font partie, mais ce sont avant tout les oxydes d’azotes qui préoccupent les industriels et les pouvoirs publics. Les oxydes d’azote (NOX) regroupent le monoxyde d’azote NO, le dioxyde d’azote NO2 et le protoxyde d’azote N2O. Au niveau de la santé humaine, les risques proviennent du dioxyde d’azote, NO2, qui favorise les maladies respiratoires. Dans le milieu naturel, les oxydes d’azote rendent les pluies acides entraînant ainsi une acidification du sol et des eaux, et un dépérissement des forêts.

Dès lors, deux grands axes de travail se dégagent pour faire évoluer la technologie et les équipements afin d’atténuer l’impact environnemental des process industriels : Réduire la consommation de ces combustibles fossiles ou leur substituer des énergies alternatives, décarbonées pour ce qui est du CO2, et développer des solutions innovantes pour limiter la formation de NOX.

Fabricant de chaudières industrielles, Babcock Wanson conçoit et fabrique également ses propres brûleurs. Cette double compétence unique sur le marché nous permet une approche globale des phénomènes liés à la combustion des énergies fossiles et d’y répondre de manière innovante et efficace.

La réduction des émissions de CO2 par l’amélioration du rendement :

Pour une puissance donnée, un équipement thermique va consommer moins d’énergie fossile et émettre moins de CO2. L’équipe d’ingénieurs en combustion de Babcock Wanson travaille depuis longtemps déjà sur les performances de ses brûleurs, et propose aujourd’hui des solutions à haut rendement qui permettent de réduire les émissions de CO2.

brûleur haut rendement énergétique
Optimo 1 : brûleur haut rendement énergétique

Les modèles Optimo et Modulo, couvrent une large gamme de puissance et permettent de répondre aux besoins de la plupart des process industriels. Ils fonctionnent avec les combustibles les plus courants, comme le gaz naturel, le gaz liquéfié (Optimo et Modulo), le gasoil, le fioul et le fioul lourd (Optimo), mais peuvent aussi être utilisés avec d’autres combustibles spécifiques après études.

Le rendement d’exploitation est une mesure plus globale qui permet de rendre compte de la performance de l’installation sur un régime continu.
En effet, un brûleur peut avoir un bon rendement de combustion instantané en régime établi mais pourtant offrir une mauvaise efficacité énergétique globale. C’est le cas lorsque, pour satisfaire des besoins très fluctuants en vapeur d’un process, le brûleur n’aura pas la capacité d’adapter sa puissance à la charge requise. L’installation peut alors avoir une combustion de mauvaise qualité à faible charge ou pire, obliger la chaudière à faire de nombreux cycles d’arrêts et redémarrage qui sont finalement très énergivore. C’est pour cette raison que le taux de modulation d’un brûleur est essentiel et que c’est un axe d’innovation fort sur lequel Bacock Wanson développe sa gamme de produits. Les brûleurs Modulo + sont ainsi en mesure de présenter un taux de modulation de 1 à 12 (c’est-à-dire que la qualité de la combustion est identique que l’on soit de (à) 8% à (ou) 100% de la puissance disponible) et la gamme Orthos dispose même d’un taux de modulation de 1 à 25 et s’adapte parfaitement à des process industriels très fluctuants qui fonctionne par « batch ».

Pensés dès leur conception dans une optique d’efficacité énergétique, ces brûleurs offrent une conception optimale. Un ventilateur d’air de combustion à vitesse variable et commandes intégrées permet un contrôle précis du débit. La réduction du nombre de cycle de start & stop et l’excès d’air minimal sur toute la plage de fonctionnement garantissent des hauts niveaux de performances, avec des brûleurs dont le rendement correspond exactement à la demande du process, moins de pertes, et donc plus d’efficacité globale.

L’innovation au service de la réduction des NOX

Une combustion de qualité doit avoir un bon rendement pour réduire au maximum la production de CO2 mais elle doit également limiter la formation des oxydes d’azotes (NOx), qui résulte de la combinaison de l’azote présent dans l’air avec l’oxygène, et qu’il est primordial de limiter. Les projets de recherche et développement poussés par Babcock Wanson visent donc à la fois à limiter la formation de NOx tout en cherchant à optimiser les rendements de combustion alors que ces deux buts peuvent demander des moyens antinomiques.
En effet, la limitation des NOx peut être obtenue facilement en privilégiant un fort excès d’air mais cela résultera en une baisse du rendement. A contrario, le préchauffage de l’air comburant permet l’amélioration du rendement mais favorise une augmentation de la température de flamme et donc une production de NOx plus importante.

Profitant de sa maîtrise globale du fonctionnement d’une chaufferie industrielle, les équipes de R&D de Babcock Wanson développe des solutions qui permettent de concilier ces deux objectifs.

Préchauffage de l'air R-Eco
Préchauffage de l’air R-Eco

La solution R-Eco est un appareil de préchauffage de l’air comburant par récupération de chaleur sur les fumées de combustion associé à un système de recirculation des fumées (Flue Gas Recirculation FGR). Cette technologie augmente à la fois le rendement global de la chaudière jusqu’à 98%, et réduit significativement la formation d’émissions de NOx dans les gaz de combustion. C’est la solution idéale quand les retours de condensats sont élevés et ne permettent pas l’utilisation d’économiseurs classiques pour récupérer la chaleur des fumées de combustion. R-Eco est compatible avec les installations qui fonctionnent au gaz naturel, avec une température d’entrée des gaz de combustion supérieure à 130°C, et une température de sortie ≈ 100°C.

Concept Good Loop
Concept Good Loop – Abattement de NOx

Tous les processus industriels nécessitent de la chaleur et/ou en produisent. La récupération et la réutilisation de cette chaleur rend le processus de production plus durable et présente un avantage économique pour les entreprises, en plus de répondre aux exigences environnementales.

Dernière innovation en date de la ligne produit brûleur, le concept Good Loop est un équipement spécialement développé pour répondre aux exigences européennes en matière de réduction des émissions de Nox. S’appuyant également sur la technique de recirculation des fumées de combustion (FGR), Good Loop opère une extraction des gaz de combustion en sortie de chaudière avant de réinjecter directement les gaz recyclés dans le foyer, grâce à un ventilateur additionnel dédié.

Les émissions de Nox de nos chaudières fonctionnant au gaz naturel s’en trouvent ainsi directement réduites de 20 à 30 mg/Nm3, ce qui place les équipement Babcock Wanson à la pointe de l’innovation en la matière.

Cette technologie exclusive peut être appliquée à un brûleur existant et améliorer ses performances sans aucune modification de sa conception.

Les Solutions Alternatives

Babcock Wanson travaille également pour proposer des solutions intégrant les combustibles alternatifs comme les biogaz et l’hydrogène, naturellement décarbonés.

Le biogaz et le biométhane sont des alternatives très intéressantes car elles permettent de (capitaliser et garder) conserver les réseaux de distribution et les 3équipements existants (pour le biométhane). Le biogaz nécessite cependant des adaptations et un contrôle de la qualité (taux d’humidité, existence de sulfure d’hydrogène) pour être utilisé avec une solution de combustion classique. En revanche, le biométhane se substitue facilement au gaz naturel car il est d’une qualité équivalente.
Techniquement, la combustion dans ce cas produit les mêmes rejets que la combustion du gaz naturel (du CO2 et des polluants à limiter comme les NOx) mais c’est leur méthode de production qui peut être considérée durable. En effet, il est possible de produire biogaz et biométhane par méthanisation de matières organiques. Elles offrent donc une opportunité en matière de recyclage de déchets (verts, agricoles, issus de l’industrie agroalimentaire ou encore les boues de stations d’épuration). De plus, le procédé de méthanisation produit également un résidu appelé digestat, qui est un substitut aux engrais chimiques, dont la fabrication nécessite des ressources fossiles.

L’ensemble de la gamme de brûleurs Babcock Wanson est à même de fonctionner, après étude de notre service technique, avec l’un ou l’autre de ces nouveaux types de combustible qui s’intègrent complètement dans le champ du développement durable.

L’hydrogène est également un combustible d’avenir. Il est cependant très peu présent à l’état naturel et résulte aujourd’hui majoritairement des procédés pétrochimiques qui sont par ailleurs polluants (hydrogène gris). En revanche, sa production est de plus en plus issue de procédés qui utilisent de l’électricité d’origine renouvelable comme l’électrolyse de l’eau (hydrogène vert). Il peut donc constituer une solution intéressante de stockage de l’énergie et une alternative tout à fait crédible dans le futur pour l’industrie comme moyen de substitution aux énergies fossiles. La combustion de l’hydrogène n’engendre plus de CO2 mais simplement de la vapeur d’eau. Il dispose cependant des caractéristiques techniques tout à fait différentes (densité, PCI…) du gaz naturel et sa distribution ainsi que sa combustion nécessite des adaptations nécessaires à son déploiement à grande échelle.

Pour anticiper cette alternative émergente de l’industrie, les brûleurs de Babcock Wanson sont déjà nativement « H2 ready » et conçus pour intégrer une proportion significative d’hydrogène en plus du traditionnel combustible gazeux.  Nous sommes également en mesure de proposer des solutions 100% hydrogène qui nécessitent une tête de combustion spécifiquement étudiée en fonction de chaque projet.

Pour une industrie éco-responsable et durable

Fruit d’une aventure industrielle plus que centenaire, fournisseur international majeur de chaufferies et d’équipements associés, opérant sur 8 pays, dans tous les secteurs industriels, c’est tout naturellement que Babcock Wanson s’est engagé avec force et sur le long terme à devenir un acteur crédible de la transition écologique. En proposant des solutions concrètes et performantes, des produits qui allient optimisation du rendement et innovation technologique, en explorant les alternatives crédibles qui feront l’industrie de demain, Babcock Wanson affiche l’ambition de permettre aux utilisateurs de nos équipements de réduire leur utilisation de combustibles fossiles, d’atteindre leurs objectifs de réduction d’empreinte environnementale, et de construire ensemble un modèle d’industrie soutenable dans un monde durable.