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Utilisation des gaz a bas pouvoir calorifique inferieur (PCI)

IP.com Disclosure Number: IPCOM000019505D
Publication Date: 2003-Sep-17
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UTILISATION DES GAZ A BAS POUVOIR CALORIFIQUE INFERIEUR (PCI)

On recherche � valoriser de plus en plus des gaz combustibles � bas pouvoir calorifique inférieur (PCI) qu’ils proviennent de gaz d’échappement, d’un procédé chimique, de conversion partielle d’autres combustible ou de procédés de gazéification. Une valorisation connue et commune est l’utilisation � des fins de production d’énergie en particulier dans les turbines � gaz.

Or, l’utilisation de ces gaz combustibles dit � bas ou très bas PCI (respectivement 11.8 MJ/Nm3 et 3.6 MJ/Nm3) dans les turbines � gaz pose d’important problèmes de conduite des opérations autant en situation transitoires (changement de marche) qu’en marche normale.

L’adaptation des turbines � gaz existantes pour utiliser de tels gaz est néanmoins possible (figures 1 et 2). Pour les bas PCI, des modifications substantielles du brûleur peuvent suffire, pour les très bas PCI, c’est l’ensemble du système de combustion qu’il faut revoir, et des réalisations industrielles sont toujours en développement. Dans tous les cas, suivant les conditions d’opération, des problèmes peuvent apparaître du fait de l’instabilité de la flamme due � une très grande dilution du combustible. Comme les turbines � gaz classiques (figure 1) utilisent l’air comme comburant, l’oxygène est alors aussi extrêmement dilué ce qui peut renforcer les problèmes d’instabilité et de battements de la flamme.

De plus, ces gaz ne sont pas toujours disponibles � une pression suffisante pour la turbine, il faut alors les comprimer avant de les introduire dans la chambre de combustion de la turbine (figure 2). Cette opération nécessite une dépense énergétique non-négligeable par rapport aux turbines classiques au gaz naturel, lequel est disponible généralement sous pression. Le manque de pression peut être aussi � l’origine d’instabilité au niveau de la chambre de combustion et au développement d’oscillation. Lorsque la pression d’amenée des gaz est instable, des phénomènes d’instabilité dans le fonctionnement de la turbine apparaissent également.

Si la modification de la turbine ne suffit pas, on peut aussi envisager de modifier la composition du gaz combustible pour qu’il présente un PCI plus adapté. Ce système coûteux présente plusieurs inconvénients : il génère une perte de charge sur un volume important (car dilué) de combustible, ce qui entraîne une baisse de l’efficacité globale du système ; le combustible, qui est concentré, peut être utilisé mais le résidu se retrouve encore plus dilué ce qui ne facilite pas sa valorisation.

On peut également envisager la sur-oxygénation de l’air de la turbine, qu’elle soit locale ou globale pour entretenir la combustion, mais une turbine � gaz est un système énergétique qui ne convertit pas complètement l’oxygène et fonctionne avec un excès d’air important. L’utilisation d’oxygène pur no...