Étude et compréhension de la formation et de la destruction de dioxines lors de la combustion de déchets bois en chaudières automatiques - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2022

Study and understanding of the formation and destruction of dioxins when burning wood waste in boilers automatic

Étude et compréhension de la formation et de la destruction de dioxines lors de la combustion de déchets bois en chaudières automatiques

Abstract

Within the framework of the energy transition, the energy valorization of biomass is bound to be increased, mainly as regards the uses in industrial or collective boiler rooms, for heat or cogeneration applications. In order to limit possible conflicts of use, forest biomass is also solicited for applications such as materials, construction, chemistry, etc. The use of end-of-life wood tends to develop rapidly for energy applications. These types of fuels have characteristics (lower calorific value, ash content, elemental composition, etc.) that are radically different from those of the forestry chips that are still mainly used; they are wood collected from waste disposal sites, industrial by-products or part of furniture or demolition waste for example. These new types of fuels, coming from different sources and having very different compositions, may contain pollutants that favour new types of emissions, in particular dioxins. Dioxins are a family of organochlorine molecules, heterocyclic and having two oxygen atoms in an aromatic ring. This family includes PCDD/F (PolyChloroDibenzoDioxins and PolyChloroDibenzoFurans) and PCB (dioxin-like). Tests in laboratories or on pilot sites have shown some cases of dioxin formation during the combustion of some wood at the end of its life. Moreover, it became clear that these emissions can last over time, even when first quality wood is used after the passage of more or less polluted wood. In the case of these emissions, the solutions implemented are very often of secondary types with treatment devices set up in the smoke. However, these techniques weigh on the economic viability of the sector. Thus, the objective of this thesis is to adapt the existing knowledge on the mechanisms of formation, destruction, deposition, release, etc. of PCDD/F in order to propose primary solutions for the reduction of emissions at the exit, applicable to our sector. In addition to an exhaustive bibliographical analysis, the work is based on an experimental approach using the LERMAB pilot boiler (instrumented and equipped with sampling systems) to carry out combustion tests and existing devices in the laboratory: macro-TG and model reactor, to try to better understand the phenomena of formation/destruction and release of PCDD/Fs on the surface of the ash, the objective being to make recommendations to the operators.
Dans le cadre de la transition énergétique, la valorisation énergétique de la biomasse est vouée à être augmentée, principalement en ce qui concerne les utilisations dans des chaufferies industrielles ou collectives, pour des applications chaleur ou cogénération. Pour limiter les éventuels conflits d'usages, la biomasse forestière étant aussi sollicitée pour des applications de type matériau, construction, chimie, … l'utilisation de bois en fin de vie tend à se développer rapidement pour l'application énergétique. Ces types de combustibles présentent alors des caractéristiques (PCI (pouvoir calorifique inférieur), taux de cendres, composition élémentaire…) radicalement différentes des plaquettes forestières encore majoritairement utilisées ; il s'agira de bois collectés dans les déchetteries, de sous-produits industriels ou d'une partie de déchets de l'ameublement ou de démolition par exemple. Ces nouveaux types de combustibles, provenant de différentes sources et ayant des compositions très variées, peuvent contenir des polluants favorisant des nouveaux types d'émissions, notamment celles des dioxines. Les dioxines sont une famille de molécules organochlorées, hétérocycliques et ayant deux atomes d'oxygène dans un cycle aromatique. Cette famille regroupe les PCDD/F (PolyChloroDibenzoDioxines et PolyChloroDibenzoFuranes) et les PCB (dioxin-like). Des tests en laboratoire ou sur des sites pilotes ont montré quelques cas de formation de dioxines lors de la combustion de certains bois en fin de vie. De plus, il est apparu clairement que ces émissions peuvent durer dans le temps, même lorsque du bois de première qualité est utilisé suite au passage de bois plus ou moins pollué. Dans le cas de ces émissions, les solutions mises en œuvre sont très souvent de types secondaires avec des dispositifs de traitements mis en place dans les fumées. Or, ces techniques pèsent sur la viabilité économique de la filière. Ainsi, l'objectif de ce travail de thèse consiste à adapter les connaissances existantes sur les mécanismes de formation, destruction, dépôts, relargage, etc. de PCDD/F pour proposer des pistes de solutions primaires de réduction des émissions à la sortie, applicables à notre secteur. Outre une analyse bibliographique exhaustive, le travail est basé plutôt sur une approche expérimentale en utilisant la chaudière pilote de LERMAB (instrumentée et équipée de systèmes de prélèvements) pour effectuer des essais de combustion et des dispositifs existants au laboratoire : macro-TG et réacteur modèles, pour essayer de mieux comprendre les phénomènes de formation/destruction et relargage des PCDD/F à la surface des cendres, l'objectif étant d'acter des recommandations aux exploitants.
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Dates and versions

tel-04279256 , version 1 (10-11-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04279256 , version 1

Cite

Nada Baraket. Étude et compréhension de la formation et de la destruction de dioxines lors de la combustion de déchets bois en chaudières automatiques. Génie des procédés. Université de Lorraine, 2022. Français. ⟨NNT : 2022LORR0369⟩. ⟨tel-04279256⟩
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