Résultats de tests de combustion en laboratoire et sur sites pilotes

Les résultats des tests de combustion 

en laboratoire et sites pilotes 

Colloque final 

du projet Life Green Pellets 

23 septembre - Rennes 

Déroulement des essais 

3 phases 

Analyse de la composition des combustibles 

Masse volumique, PCI, Humidité, cendres 

Azote, soufre, chlore et métaux 

Comparaison à la marque NF 444 et aux préconisations 

d’Obernberger 

Tests de combustion en laboratoire 

2 heures d’essais à régime stabilisé (nominal et réduit) 

14 combustibles comparés 

Tests de combustion en sites pilotes 

10 sites pilotes en Bretagne et Pays de la Loire 

Essais en conditions réelles 

Comparaison bois / biomasse herbacée 

23 septembre – Colloque final Green Pellets 

1

PCI sur brut (kJ/kg) 

18 000 

17 000 

16 000 

15 000 

14 000 

13 000 

12 000 

11 000 

10 000 

9 000 

8 000 

7 000 

6 000 

5 000 

4 000 

3 000 

2 000 

1 000 

PCI et humidité 

Corrélation entre pouvoir calorifique et humidité du combustible 


R 2 = 0,68 

0 

0% 5% 10% 15% 20% 25% 

Biomasse 

herbacée 

Humidité du combustible 

Cendres et mâchefers 

Taux de cendres supérieurs au bois 

Risque mâchefers 


2

Azote 

Respect de la marque NF444 QHP 

> Préconisations d’Obernberger : chanvre, paille colza, roseau, sarments 


Soufre et chlore 

Concentrations importantes pour paille colza, roseau et lande 

Tous 3 testés en mélange pour atténuer les risques d’émissions 


3

Combustibles 

Bois 

Respect des référentiels 

NF 444 QI* NF 444 QHP** Obernberger 

Facteurs rédhibitoires 

NF 444 QHP 

Granulé miscanthus T° déformation des cendres 

Granulé chanvre PCI 

Granulé switchgrass PCI 

Granulé paille blé 

T° déformation des cendres 

PCI 

Soufre 

Granulé paille colza 

Taux de cendres 

PCI 

Granulé roseau 

Granulé 40% 

miscanthus 

Granulé 20% paille 

colza 

Plaquettes bois 

Ceps de vigne 

Sarments de vigne 

Taux de cendres 

PCI 

Miscanthus T° déformation des cendres 

Roseau vrac Chlore 

Lande vrac 

* Qualité industrielle 

Soufre 

** Qualité haute performance 

CSTB 

Conclusion composition 

Attention à l’hétérogénéité des résultats pour un même combustible 


Tests combustion 

• Suivi du rendement de la 

chaudière 

• Suivi des émissions 

atmosphériques : O 2 , CO 2 , 

CO, COV, NO,NO 2 , SO 2 , 

poussières, HCl 

• Suivi des cendres (pesée, 

analyses, aspect) 


Sites 

4

Plouaret COMPTE 450 kW 

Rostrenen VETO 30 kW 

Talensac REKA 60 kW 

Guichen REKA 20 kW 

Retiers ENERGIE SYSTEME 200 kW 

Besné VERNER 25 kW 

Thorigné d’Anjou REKA 10 kW 

Saint Fulgent VETO 300 kW 

Sites pilotes 


COOPEDOM 20 MW 

Pouzauges ENERGIE SYSTEME 40 kW Forges FROLING 150 kW 

Analyse des résultats 

Critères fortement liés au réglage 

Rendement 

CO 

COV 

Critères liés à la composition et au réglage 

Poussières 

NO x 

SO 2 

HCl et dioxines 

Métaux 

Cendres 

Reproductibilité sur le terrain 


5

Référentiels émissions 

La classe 3 de la norme NF EN 303-5 (1999) 

Limites démissions (mg/Nm 

Puissance CO COV Poussières 

Classe 1 Classe 2 Classe 3 Classe 1 Classe 2 Classe 3 Classe 1 Classe 2 Classe 3 

< 50 kW 15000 5000 3000 1750 200 100 200 180 150 

50 à 150 kW 12500 4500 2500 1250 150 80 200 180 150 

150 à 300 kW 12500 2000 1200 1250 150 80 200 180 150 

3 à 10% d'O2) Rendement classe 3 ≥ 67 + 6*log (puissance nominale) 

L’arrêté du 25/07/1997 

La TA Luft – référence allemande 

Granulés bois 

Granulés miscanthus 

Granulés chanvre 

Granulés switchgrass 

Granulés paille blé 

Granulés paille colza 

Granulés roseau 

Granulés 40% miscanthus 

Granulés 20% paille colza 

Miscanthus vrac 

Vrac roseau 40% 

Vrac lande 25% 

Ceps vigne vrac 

Sarments vigne vrac 

Arrêté du 25/07/1997 - VLE en mg/Nm 3 à 11% O 2 

Pchaudière NOx (exprimés en NO2) SO2 

2 à 20 MW 500 200 

TA Luft* - VLE en mg/Nm 3 à 11% O 2 

P chaudière 

> 100 kW 

HCl 

30 



0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 

Rendement méthode directe (%) 


Classe 5 EN 303-5 > 88,6% 

Classe 3 EN 303-5 > 76,6% 

Respect de la classe 3 de la norme NF EN 303-5 pour tous sauf les ceps 

6















Émissions de CO 

(mg/Nm 3 à 10% O 2) 

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 

Norme actuelle respectée 

Émissions bien inférieures sur les produits granulés (sauf paille colza) 
















Émissions de COV 

(mg/Nm 3 à 10% O 2 ) 

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 

Normes actuelle et future respectées 

Émissions sarments faussés par difficulté d’alimentation 


7










800 

700 

600 

500 

400 

300 

200 

100 






40 

Émissions de poussières 

(mg/Nm 3 à 10% O 2) 

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 

Émissions moins élevées pour les produits granulés 

Dépassement des normes actuelles pour les pailles, landes et vignes 


Lande 25% et granulé roseau 

Émissions de NO x 

(mg/Nm 3 à 10% O 2 ) 


Roseau 40% 

R 2 = 0,7292 

0 

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 

Concentration en azote du combustible (%) 

Émissions de NO x liées à la composition du combustible 

8

200 

150 

100 

50 

N sous forme NOx fumées 

N cendres foyer 

N cendres nettoyage 

Restant 











Roseau 40% 

Lande 25% 



Bilan matière sur l’azote 

Répartition de l'azote lors de la combustion (en grammes) 

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 

L’azote se retrouve majoritairement dans les fumées 


Émissions de SO 2 

(mg/Nm 3 à 10% O 2 ) 

Roseau 40% et granulé roseau 

Respect de la référence (arrêté de 1997) 

Émissions de SO 2 liées à la composition 


R 2 = 0,3562 

0 

0 200 400 600 800 1000 1200 

Concentration en soufre du combustible (mg/kg) 

9

35 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

0 

S sous forme SO2 fumées 

S cendres foyer 

S cendres nettoyage 

Restant 











Roseau 40% 




Bilan matière sur le soufre 

Répartition du soufre lors de la combustion (en grammes) 

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 

Soufre dans les fumées et les cendres 

Dans les cendres volantes : risque de corrosion du conduit 

Concentration en chlore du combustible (mg/kg) 


Émissions de HCl et dioxines 

(mg/Nm 3 et ng/Nm 3 à 10% O 2 ) 

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 

40 

Roseau 40% 

R 2 = 0,576 

HCl 


R 2 = 0,9508 

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 

0,0 

1600 

Concentration en chlore du combustible (mg/kg) 

Émissions liées à la composition du combustible 

Dioxines 

4,5 

4,0 

3,5 

3,0 

2,5 

2,0 

1,5 

1,0 

0,5 

10










Zinc 

Cuivre 

Arsenic 

Cl sous forme HCl fumées 

Cl cendres foyer 

Cl cendres nettoyage 

Restant 


Roseau 40% 




Bois 

Ceps 

Sarments 

Bois 

Ceps 


Bois 

Ceps 


Bilan matière sur le chlore 

Répartition du chlore lors de la combustion (en grammes) 

0 10 20 30 40 50 60 

Le chlore se retrouve majoritairement dans les cendres 


Bilan matière métaux (g) 

0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 

Fumées Cendres 

Émissions de métaux plus élevées pour les ceps et sarments 

Bilan matière : Cu, As et Zn se retrouvent majoritairement dans les cendres 


11

Production de cendres 

Taux de cendres inférieurs à 5% 

(plutôt surestimés à l’analyse de composition) 

Formation de mâchefers pour certains : 

Switchgrass 

Miscanthus 

Qualité : 

Valeur neutralisante : de 8 à 55% 

Bois 

Valeur fertilisante : N+P+K > 7% (respect NF U 42-001) 

Innocuité : concentrations en métaux en lien avec teneur initiale 

(respecter limites fixées par l’arrêté du 02/02/1998 concernant 

l’épandage des effluents d’ICPE) 

Résultats en mg/Nm 3 à 10% d’O 2 


CO 

Poussières 

NO x 

SO 2 

Paille de blé 


Reproductibilité des résultats 

sur le terrain 


Roseau 


12

450 

400 

350 

300 

250 

200 

150 

100 

50 

0 





Poussières 

Roseau 40% 




0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 

Rendement méthode indirecte laboratoire Rendement méthode indirecte sites pilotes 


T° fumées de 250°C 

T° fumées de 350°C 

Température fumées trop haute = suralimentation en combustible 

Granulés chanvre Miscanthus Lande 25% Sarments de vigne 

Granulés 

chanvre 

Granulés 

switchgrass 

Poussières et CO 

(mg/Nm 3 à 10% O 2 ) 

Granulés 

40% 

miscanthus 

Granulés 

20% paille 

colza 


Miscanthus Roseau 40% Lande 25% Sarments de 

vigne 

Laboratoire/site : résultats similaires en conditions optimisées 

CO 

3000 

13

200 

150 

100 

50 

0 

SO 2 

Granulés chanvre Miscanthus Lande 25% Sarments de vigne 

700 

600 

500 

400 

300 

200 

100 

0 

Granulés 

chanvre 

SO 2 et NO x 

(mg/Nm 3 à 10% O 2) 

Granulés 

switchgrass 

Granulés 

40% 

miscanthus 

Granulés 

20% paille 

colza 

Laboratoire Site pilote 


Miscanthus Roseau 40% Lande 25% Sarments de 

vigne 

Pour NO x et SO 2 , la reproductibilité est moins visible 

en lien avec l’hétérogénéité des teneurs initiales 

Conclusion sur les combustibles 

Recommandations d’utilisation 

Conclusion 

Recommandations 


NO x 

Importance des réglages et de l’adaptation combustible/chaudière 

14

Bois 

Conclusions combustibles 

Respect classe 3 

(et 5 pour les granulés) 

NF EN 303-5 

(CO, COV et poussières) 

Respect arrêté 1997 

et TA Luft 

(NOx, SO2, HCl) 


Facteurs 

- rédhibitoires 

- limitants 

Miscanthus Mâchefers 

Switchgrass Mâchefers 

Chanvre NOx 

Paille de blé Poussières, HCl 

Paille de colza 

Poussières 

Fort encrassement 

Ceps et sarments Poussières, CO 

Roseau NO x, HCl 

Lande Poussières, NO x 

Recommandations 

d’utilisation 

Respecter les seuils de la marque NF 444 et les préconisations 

d’Obernberger (combustible pur ou mélange avec bois) 

Azote < 0.6% 

Soufre < 1000 mg/kg 

Chlore < 1000 mg/kg 

Adaptation combustible / chaudière 

Préparation du combustible 

Système d’alimentation 

Équipements spécifiques (grilles mobiles, conduit céramique..) 

Privilégier les combustibles granulés pour réduire les 

émissions d’imbrûlés et respecter les futures normes 

Optimiser les réglages à chaque changement de combustible 


15

5 

4 

3 

2 

1 

0 

5,1 

2,5 

Importance des réglages 

Facteur d’air 


Optimisation réglages 

entre 2010 et 2011 

4,0 4,2 12,4 

Granulés bois Granulés miscanthus Granulés chanvre Granulés switchgrass Granulés paille blé Granulés roseau Miscanthus vrac 

Facteur d'air (λ) 2010 

Facteur d'air (λ) 2011 

Facteur d’air entre 1.5 et 2.5 et régime stabilisé en 2011 


0,8 

7,8 

16

140 

120 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

Granulés miscanthus Granulés chanvre Granulés switchgrass Granulés roseau Miscanthus vrac 

COVt 2010 (mg/Nm3 à 10% d'O2) COVt 2011 (mg/Nm3 à 10% d'O2) 

2 

5 

Vérification 

facteur d’air 

4 

3000 

2500 

2000 

1500 

1000 

500 

0 

Granulés bois Granulés 

miscanthus 

Optimisation réglages 


Granulés chanvre Granulés 

switchgrass 

CO 2010 (mg/Nm3 à 10% d'O2) CO 2011 (mg/Nm3 à 10% d'O2) 



Granulés paille blé Granulés roseau Miscanthus vrac 

Émissions réduites 


Préconisations de réglages 

3 

3 

20 à 50% 

Adaptation combustible/chaudière indispensable 

Formation des installateurs primordiale 

1 

Amenée combustible 

puissance demandée 

17

Résultats de tests de combustion en laboratoire et sur sites pilotes

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