Injection d'urée contre les NOX

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Un dispositif d'injection d'urée permettant de respecter les valeurs limites d'émission de NOX pour les chaudières à tubes de fumées de puissance inférieure à 20 MW a été mis au point par ELF et PILLARD.

Avec le fuel lourd FE-TBTS qu'il commercialise depuis janvier (voir Energie Plus n°242 du 15 mars 2000), TotalFina Elf résoud le problème des émissions d'oxyde de soufre et de poussières pour les chaudières de 2 à 20 MW soumises à l'arrêté du 25 juillet 1997. Reste celui des émissions de NOx, en particulier pour les chaudières à tubes de fumées. Comme il n'est pas envisageable, économiquement parlant, de réduire la teneur en azote des fuels, il fallait trouver un procédé de traitement des fumées qui soit à la fois efficace et d'un coût raisonnable et qui puisse se greffer sur la chaudière en cas de besoin. C'est ce qu'a fait Elf en s'associant à Pillard. Leur coopération a débouché sur la mise au point et la commercialisation du procédé Neutrinox.

Dans les chaudières à tubes de fumées, les émissions d'oxydes d'azote sont habituellement de l'ordre de 850 Mg/Nm3, alors que la réglementation les limite à 550 Mg/NM3 pour les puissances comprises entre 2 et 10 MW et à 500 Mg/Nm3 pour les puissances comprises entre 10 et 20 MW. L'utilisation d'un brûleur bas﷓NOx ramène ces émissions à 650 à 700 mg/Nm3 et ne suffit donc pas pour respecter les valeurs limites. La solution d'injecter de l'urée dans les fumées est bien connue, mais les dispositifs existants, qui régulent à la fois le volume d'urée injectée et la position de la canne d'injection en fonction de la teneur en NOx des fumées sont assez complexes et donc trop chers pour être adaptés sur des chaudières de petite et moyenne puissance.

SIMPLICITE ET ECONOMIE

Elf et Pillard ont donc visé la simplicité et l'économie. Le système Neutrinox se compose d'un réservoir de stockage de l'urée, d'une pompe, d'une vanne de régulation et d'une canne d'injection refroidie à l'eau. L'urée est injectée sous pression au moyen d'air comprimé à 5 bar avec une concentration de 5% en volume. Le point d'injection est fixe. il est déterminé par une petite étude en fonction de la configuration de l'installation. Quant à la régulation, elle s'effectue par tout ou rien en fonction de la charge de la chaudière. Les émissions de NOX croissent en effet au fur et à mesure que la charge augmente et finissent, généralement autour de 50% de la charge nominale, par dépasser les valeurs limites réglementaires. Au﷓dessus de ce seuil, la vanne envoie l'urée dans la canne d'injection ; en﷓dessous, elle la recycle dans le réservoir. Cette simplicité technique conduit à un prix, pour l'équipement de base, de l'ordre de 50 kF.

La validité de ce système a été testé au centre d'essais de Pillard à Marseille avec la collaboration des technicien du centre de recherche d'Elf à Solaize qui se sont particulièrement chargés des mesures. Les essais ont été effectués sur une chaudière Parent à tubes de fumées de 12 t/h équipée d'un brûleur Pillard GRX LONOx-FLAM. Ils ont permis de définir le point d'injection le plus efficace et la quantité d'urée optimale à injecter pour obtenir la réduction des émissions souhaitée sans augmenter la production d'imbrûlés. Des rejets de NOx inférieurs à 500 mg/Nm3 ont été obtenus avec un fuel lourd contenant 0,45% d'azote, qui est la teneur une moyenne des fuels lourds disponibles en France. Le dispositif Neutrinox a donc réalisé une réduction de 25 à 40% des émissions de NOx selon le type de brûleur (basNOx ou standard) et les conditions de fonctionnement de l'installation. La consommation moyenne d'urée est de 15 litres par tonne de fuel lourd, ce qui représente un surcoût d'exploitation de l'ordre de 30 F/t.

Le procédé Neutrinox associé à l'utilisation du nouveau fuel FE-TBTS permet donc de respecter les valeurs limites d'émission réglementaires sans traitement onéreux des fumées. La mise en oeuvre complète de cette solution se traduit pour l'utilisateur par un surcoût de 130 F/t (100 F pour la qualité du fuel et 30 F pour l'urée) qui est suffisamment faible pour maintenir la compétitivité du fuel lourd chez une partie des petits ou moyens consommateurs.

Article paru dans ENERGIE PLUS n° 245 du 1er mai 2001

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