Une nouvelle étude publiée dans Engineering a évalué le processus de combustion oxy-combustion pressurisée et étagée (SPOC) pour la rénovation de chaudières utilisant de la biomasse ligneuse afin de produire de l’électricité à bilan carbone négatif, avec des évaluations couvrant à la fois la production d’électricité autonome et les systèmes de cogénération.
Introduit pour la première fois en 2012, le SPOC intègre l’étagement du combustible et la combustion oxy-combustion pressurisée pour offrir une disposition d’usine plus compacte, une efficacité énergétique améliorée et des coûts réduits pour l’élimination des polluants et des gaz à effet de serre par rapport aux installations de captage du carbone conventionnelles.
La conception modulaire de la chaudière permet un fonctionnement flexible, ce qui soutient la stabilité du réseau face à une part croissante de production renouvelable intermittente. Bien qu’initialement développé pour le charbon, le SPOC est bien adapté à la combustion de biomasse car il peut récupérer la chaleur latente de la teneur élevée en humidité des gaz de combustion de la biomasse, améliorant ainsi les performances par rapport aux systèmes de combustion de biomasse à pression atmosphérique.
La modélisation Aspen Plus confirme que le SPOC surpasse les installations de référence équipées de captage post-combustion (PCC) dans les configurations de production d’électricité et de cogénération. Le processus SPOC repose sur un agencement de chaudières en série-parallèle qui limite la recirculation des gaz de combustion à moins de 30 %, bien en dessous des taux utilisés dans la combustion oxy-combustion atmosphérique de première génération, réduisant ainsi les besoins en puissance auxiliaire.
Le système intégré comprend une unité de séparation d’air, des chaudières pressurisées étagées, une récupération de chaleur à haute température, un filtre à manches, un refroidisseur à contact direct (DCC) et une unité de traitement du CO₂, avec récupération de chaleur de la condensation de l’humidité des gaz de combustion et de la chaleur perdue de compression intégrée dans le cycle de vapeur. Le DCC refroidit simultanément les gaz de combustion, condense la vapeur d’eau et élimine SOₓ, NOₓ et HCl dans une seule colonne pressurisée, réduisant les dépenses d’investissement et d’exploitation par rapport aux systèmes de traitement des gaz de combustion conventionnels. L’efficacité de captage du carbone atteint 95 % ou plus, avec le flux de CO₂ comprimé pour séquestration à un coût énergétique moindre car le gaz reste pressurisé tout au long du processus.
Des chercheurs de l’Université Washington à Saint-Louis ont démontré avec succès l’utilisation de 100 % de biomasse dans un oxy-combusteur pressurisé de 100 kWₜₕ après des ajustements mineurs du système d’alimentation sec. Les tests ont montré un démarrage stable, un fonctionnement en régime permanent et des performances de réduction de puissance avec un faible excès d’oxygène, un taux de combustion élevé des particules et de faibles émissions de NOₓ, sans nécessiter de modifications du brûleur ou du combusteur entre le fonctionnement au charbon et à la biomasse.
L’étude indique que les rénovations SPOC peuvent convertir les chaudières à charbon existantes en installations à bilan carbone négatif utilisant de la biomasse ligneuse durable, offrant ainsi une voie pratique pour la décarbonation industrielle et le réaménagement des actifs de production d’énergie thermique.
Article : The Staged, Pressurized Oxy-Combustion Technology: Status and Application to Boiler Retrofits to Yield Carbon-Negative Power via Biomass – Journal : Engineering – DOI : Lien vers l’étude
Source : HigherEducationPress
