Combustion behaviour of biomass residues : evaluation of synergies by mixture in pellets
Comportement en combustion de résidus de biomasse : mise en évidence de synergies par mélange sous forme de granulés
Résumé
Combustion of biomass residues, which are generally poorly valued, could provide an attractive supply solution for energy production, alleviating pressure on forest resources. However, the chemical composition of these residues is causing both technical and environmental problems in existing combustion processes, which limits their use. Two of these problems have been addressed in this thesis: the amount of volatilized potassium and NOX emissions, when burning different residues. Combustion tests have been conducted in laboratory-scale reactors on pure and mixed biomass pellets. Variations in the amount of volatilized potassium was found to be linked to the content of multiple chemical elements for pure biomass pellets. In the case of NOx emissions, a strong correlation (R² = 0.98) with the nitrogen content of the fuel was found for pure biomass pellets. However, deviations from this linear relationship were observed for trials conducted on mixed biomass pellets, highlighting that the nitrogen content is not the only parameter involved. The work carried out thus made it possible to establish in an original way that synergies can exist in the pellets made of a mixture of biomass residues, leading to beneficial behaviors differing from the direct additivity of the biomass behaviors taken separately. These synergies could allow to mitigate the problems caused by the use of these residues in boilers by ingeniously acting directly on the properties of the fuels without modification of the process.
La combustion de résidus de biomasse, généralement peu valorisés, pourrait apporter une solution d’approvisionnement intéressante pour la production d’énergie, allégeant la pression sur les ressources forestières. Toutefois, la composition chimique de ces résidus est à l’origine de problèmes techniques autant qu’environnementaux dans les procédés de combustion existants, ce qui limite leur utilisation. Deux de ces problèmes ont été traités dans cette thèse : les émissions de NOX et la quantité de potassium volatilisée lors de la combustion de différents résidus. Des essais de combustion ont été menés dans des réacteurs à l’échelle du laboratoire, sur des granulés de biomasse pure ou en mélange. Contrairement à la volatilisation du potassium, qui est liée à la teneur en différents éléments inorganiques, une relation linéaire forte (R² = 0,98) entre les émissions de NOX et la teneur en azote du combustible a été établie pour les granulés de biomasse pure. Des écarts par rapport à cette relation linéaire ont été observés dans le cas des essais menés sur des granulés de mélange, mettant en relief que la teneur en azote n’est pas le seul paramètre impliqué. Les travaux menés ont ainsi permis d’établir de manière originale que des synergies peuvent exister dans les granulés de mélange de résidus de biomasse, conduisant à des comportements différant de l’additivité directe des comportements des biomasses prises séparément. Ces synergies permettraient d’atténuer les problèmes causés par l’utilisation de ces résidus dans des chaudières en agissant de manière ingénieuse directement sur les propriétés des combustibles sans modification du procédé.
Origine : Version validée par le jury (STAR)