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Tests technico-économiques sur la plateforme gazeifieur: de l'étude de la ressource à  l'utilisation du gaz dans un moteur pour la production d'électricité

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par Aristide DEJEAN
Institut international d'ingénierie de l'Eau et de l'Environnement (2iE) - Ingénieur énergétique et génie des procédés  2013
  

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ANNEXES

Annexe 1 : Résultat de l'analyse du taux d'humidité moyen du bois d'acacia auriculiformis de Songhaï Porto-Novo

Légende : PH : poids humide PO :poids sec %H : pourcentage humidité

Annexes 2Résultats de tests réalisés avec les compteurs avec le bois et les coques de noix de coco.

Bilan avec les coques de noix de coco

% Charge

N° Essai

Heure Démarrage groupe

Heure arrêt groupe

Nombre d'heure

Quantité de coques consommée

Kg/kWh

Energie

Produite (kWh)

Courant d'appel

(A)

?T° eau de lavage

(°C)

T° séchoir

(°C)

Observations

75%

 

1 (12/07/13)

15h40

17h40

02h00

0,42

150

Min 37

Max 45

1

120°C

15min

Quantité presque infime de particule fine,

T° Cyclone 211°C

2 (20/08/13)

10h00

11h30

02h00

0,39

140

Min 38

Max 42

0,8

120 °C en 10 min

T° du cyclone 160 <T°< 200°C

3 (26/09/13)

15h30

17h30

02h00

0,35

170

Min 37

Max 45

1

120°C en 10 min

T° du cyclone 180 <T°< 220°C

BILAN AVEC LE BOIS

% charge

N°Essai

Nombre d'heure

Pmoy

(kW)

Quantité de bois consommée

(Kg)

Consommation spécifique (Kg/kWh)

Energie

enregistrée (kWh)

Courant d'appel

(A)

?T° eau de lavage

(°C)

T° cyclone

Observations

31%

 

1 (24/08/13)

 

2h00

10

 

2,85

20

Min : 19

Max : 20

0,8

150°C+/- 10°C

néant

 

2(06/06/13)

2h00

10

 

2,6

20

Min : 18

Max : 20

1

110°C +/- 10°C

néant

 

3(07/06/13)

2h00

10

 

3

20

Min : 18

Max:20

1,4

137°C+/- 10°C

néant

75%

 

1 (16/06/13)

2h00

 
 

0,67

80

Min : 35

Max: 40

0.7

150°C+/- 10°C

3 arrêts du Brf de 5 min chacune

 

2(17/06/13)

2h30

 
 

0.60

130

Min : 36

Max : 41

1

200°C+/- 10°C

2 arrêts Brf de 5 min

 

3(18/06/13)

 

 

2h30

 
 

0,4

200

Min : 37

Max:45

0 ,7

236°C+/- 10°C

3 arrêt Brf de 5 min chacune

4(04/07/13)

5h00

 
 

0,53

330

Min : 36

Max:41

0,8

220°C+/- 10°C

néant

5(08/07/13)

5h00

 
 

0,55

280

Min : 36

Max:44

0,7

210°C+/- 10°C

néant

6(09/07/13)

4h00

 
 

0,60

240

Min : 37

Max:45

1

226°C+/- 10°C

néant

Annexe3 :Courbe ombrothermique et courbe de température mensuelle moyenne (mesure sur Source Département géographie Université Abomey-Calavi,Bénin 2012)

Annexes 4 : Gestion de la plateforme de gazéification

1. Chargement du système

a. Chargement du charbon de bois

Après s'être assuré que le système d'extraction de cendre à la base est boulonné correctement au réacteur, et la vis du convoyeur est à l'arrêt, on peut charger le réacteur avec le charbon de bois sec, de préférence jusqu'au-dessus d'un (1) mètre au-dessus du niveau des orifices d'air. Le charbon de bois doit être découpé en petit morceaux mesurant 15 x 15 x 15 millimètres et chargé suivi de plus grand de 30 x 30 x 30 millimètres. Il faut s''assurer qu'aucun élément étranger comme des pierres ou du sable n'est chargé avec le charbon de bois.

b. Chargement de la biomasse

La gamme de la biomasse qui peut être employée dans le gazéïfieur est les essences de différentes de bois, noix de palmes et coques de noix de coco etc., dont la densité est au-dessus de 300 - 350 kg/m3.

La biomasse doit une granulométrie de 30x 30 x 30mm, et avoir la teneur en humidité maximum de 12-15%.De plus petites pièces pourraient égalementêtre utilisé (25 x 10 x 10 millimètres), mais la quantité est limitée un maximum de 50% du mélangeau total pendant chaque étape du chargement.

Le premier chargement générateur gaz exige du réacteur d'être complètement chargé avec le charbon de bois sec (100 - 120 kilogrammes),cependant, les chargements suivants n'exigent pas le chargement frais du charbon de bois.

2. Procédure de démarrage et d'arrêt

a. Procédure de démarrage

v Etape 1 : démarrage du gazéifieur

o 1.1 Démarrer le chiller et fixer la température de consigne à 10°C,

o 1.2 Ouvrir après le couvercle du réacteur,

o 1.3 Allumer le convoyeur de cendre du réacteur (évacuation de 1,5kg durant les 30 secondes de fonctionnement préconisé),

o 1.4 Préparer la torche (sans allumer) qui servira pour l'allumage du gazéifieur et ensuite pour l'ignition de la flamme de la torchère,

o 1.5 Ouvrir partiellement la vanne du bruleur et fermer la vanne d'entrée des filtres,

o 1.6 Allumer le Chilled water pump et le direct Cooler pump (main ou standby selon le choix de mise en marche),

o 1.7 Remplir le réacteur de combustible,

o 1.8 Ouvrir les 3 orifices d'entrée d'air : buses d'air (air Nozzles),

o 1.9 Allumer la torche et le placer au niveau des buses d'air jusqu'à observer le combustible bruler dans le réacteur,

o 1.10 Attendre 5 min environ la production du syngaz et mettre le feu au niveau de la torchère. En cas de non production de syngaz se référer à la section défaut de fonctionnement en annexe,

o 1.11 Faire bruler le gaz pendant 10 à 15 min pour les démarrages de routine,

o 1.12 Alimenter en biomasse le réacteur dans un intervalle de temps régulier selon la charge,

o 1.13 Faire fonctionner le gazeifieur en brulant le gaz produit pendant 2 heures au premier démarrage après maintenance du réacteur pour s'assurer une bonne qualité du gaz pour le moteur.

NB : Si le précédent démarrage date de moins de 2 jours ignorer alors les étapes 1.4 et 1.9.

Avant tout démarrage faire le test de fuite avec l'équipement approprié.(cf manuel constructeur)

v Etape 2 : Démarrage du générateur

o 2.1Après s'être assurer de la qualité du gaz(cf manuel constructeur), et du bon fonctionnement du process, démarrer le souffleur du bruleur et fermer sa vanne,

o 2.2 Ouvrir les vannes d'entrées et de sorties des filtres,

o 2.3 Vérifier l'arrivée du gaz au niveau du by-pass et refermer,

o 2.4 Tourner la clé de démarrage moteur et faire varier la vanne du by-pass pour démarrer et le refermer quand le générateur prend,

o 2.5 Allumer la pompe du séchoir (capacité 280 kg de bois humide à 30% pendant 3 heures pour atteindre 15% d'humidité) et faire varier la valve de température pour obtenir 100°C,

o 2.6 Sur le tableau électrique basculer l'alimentation de la plateforme du réseau (situation de démarrage) vers le groupe électrogène à syngaz en actionnant l'inverseur,

b. Procédure d'arrêt

v Partie 1 : Arrêt du gazéifieur

o Arrêter le ventilateur d'aspiration du syngaz

o remplir le réacteur de combustible adéquat

o fermer les orifices d'air

Si le générateur est en fonctionnement alors :

1- Arrêter les charges connectées

2- Basculer l'inverseur du groupe vers le réseau

3- Fermer la vanne d'entrée des filtres et ouvrir la torchère et initier la flamme

v Partie 2 : arrêt de gazéifieur

o Garder les vannes d'entrée et de sortie des filtres fermées

o Attendre la fumée à la sortie du haut du réacteur

o Arrêter les pompes et tous les équipements depuis le tableau de commande

o Remplir le haut du réacteur d'eau dans la zone prévu à cet effet et le refermer afin d'éviter les entrées d'air

o Arrêter le tableau de commande

o Attendre 5 min et refermer la vanne du bruleur

c. Gestion du système

Le fonctionnement normal du gazeifieur peut être assuré et vérifier par :

· une inspection visuelle de la zone de pyrolyse au niveau des orifices de prise d'air qui doit présenter une couleur vive

· Un flux continu de la biomasse dans le réacteur : ce point est déterminant pour un avoir un gaz de bonne qualité

· Une bonne pression observée au niveau des manomètres : vérifier les chutes et les montées de pression qui peut être due à une accumulation de cendre au niveau du réacteur empêche le flux normal du gaz qui peut être régler en faisant fonctionner l'extracteur de cendre

· Un rechargement en combustible à interval régulier du réacteur selonle type de biomasse et le régime de fonctionnement

Annexes 5 : Procédure de maintenance de quelques équipements de la plateforme

a) Maintenance du Cyclone, scrubber 1 et 2 et de l'extracteur

Il a été défini qu'en cas de pression élever au niveau du réacteur, du cooler 1 et 2 du scrubber, du cyclone et des filtres il faut procéder à l'extraction de cendre au niveau du réacteur.

La méthode est de :

§ démonter les deux trémies du réacteur pour les nettoyer

§ ouvrir la partie de l'extracteur de cendre pour extraire le surplus accumulé.

b) Vidange du réacteur

La maintenance consiste à vider le réacteur en extrayant tous les résidus du précédent démarrage : charbon, bois, coques de coco ou de noix de palme, et cendre. Cette maintenance est à faire une fois que la chute pression au niveau du réacteur dépasse et se maintient à 150 mm. Il sera procédé à la récupération du charbon, et du bois coques de coco ou de noix de palme pour une utilisation ultérieure. La méthode est la suivante :

§ attendre une journée après le précédent fonctionnement du gazéifieur afin que celui se refroidisse

§ ouvrir le bas du réacteur

§ s'équiper des équipements de sécurité : gants, cache nez, lunettes et blouse

§ extraire à l'aide d'une tige en fer le bois coques de coco ou de noix de palme et le charbon du réacteur sur des plaques en métal

§ Après avoir éteint le reste de flamme dans le charbon, séparer et récupérer les résidus (cendres, bois et charbon de bois),

§ Refermer le bas du réacteur et procéder au remplissage,

§ Peser entre 120 et 150 kg de charbon de bois et remplir le réacteur jusqu'à atteindre ai moins un (1) mètres au-dessus des orifices d'air,

§ Ajouter du bois sec jusqu'à remplir complètement le réacteur en laissant 30 cm de marge.

c) Nettoyage et remise en état du souffleur et des filtres

Afin de limiter l'encrassement des filtres et rendre le gaz plus propre, il faut procéder au nettoyage du souffleur accompagné du remplacement des filtres.

La méthode pour remplacer les filtres consiste à :

§ enlever la partie supérieure du filtre

§ ouvrir et enlever les sacs de filtration usagés et les lavés;

§ procédé au remplacement par des filtres déjà nettoyés issus de la précédente maintenance

§ refermer hermétiquement la partie supérieure

§ d) Maintenance des cooler

Les variations intempestives de pression observées au niveau des manomètres des cooler nous indiquent la possibilité d'un encrassement qu'il faut vérifié et nettoyé.

La procédure standard est de démonter les équipements en question et enlever le goudron accumulé sur les injecteurs d'eau des cooler et dans la tuyauterie à l'aide d'une brosse métallique et ensuite de procéder à un rinçage à l'eau avant de les replacer.

e) Maintenance du chiller et de l'eau de refroidissement extérieure

La maintenance de ces équipements se fera chaque 150 heures de fonctionnement. Pour le chiller, l'état d'encrassement peut s'observer en fonctionnement au niveau du flotteur dont le niveau dépasse la marque inferieure autoriser.

Pour faire la maintenance du chiller il faut :

§ selon l'état d'encrassement ouvrir le tank, enlever le goudron en suspension avec une écumoire, ensuite nettoyer les parois et vider totalement l'eau sale,

§ renouveler de l'eau de lavage à partir d'un appoint d'eau en respectant le niveau du flotteur,

§ Mettre en marche et vérifier s'il atteint la température de consigne.

Concernant l'eau de refroidissement extérieure après 60 heures de fonctionnement il faut procéder à son renouvellement suivant les étapes suivantes :

§ Chercher un tuyau assez long pour arriver au BRF et une motopompe accompagné des élastiques pour assurer l'étanchéité,

§ Vider le bac et s'assurer de nettoyer le fond,

§ Remplir à nouveau le bac à partir d'un appoint d'eau.

Annexes 6 : Point sur la sécurité

La plateforme de gazéification est une plateforme de conversion thermochimique, dans ce sens elle doit respecter certaines mesures de sécurité.

Equipements de protection individuels

Chaque opérateur doit avant toutes interventions que ce soit pour le fonctionnement (démarrage, arrêt) ou la maintenance s'équipé d'équipement de protection individuel. L'opérateur doit au minimum avoir à sa disposition les éléments ci-après :

§ Une blouse

§ Des gants isolants adaptés

§ Des lunettes de protection adaptée

§ Un Casque anti bruit

§ Un cache nez

Equipements de protections collectifs

La plateforme doit pour le bien des personnes et des biens s'équiper des équipements de protections collectives. Le Centre étant aussi un lieu de visite, la plateforme doit être balisé afin de délimité et restreindre l'accès à certains espaces sensibles comme par exemple la salle du groupe, tous les points chauds (le réacteur, le cyclone, le séchoir etc...).

Les équipements ci-dessous constituent une liste d'équipements minimum à installer :

§ Des panneaux expliquant la sécurité et les démarche à suivre en cas de problèmes : électrocution, asphyxie, brulure, etc..

§ Des affiches signalétiques des différents éléments sur lesquels faire attention : chaleur, électricité etc..

§ Des extincteurs accessibles et adaptés

Affiches signalétiques

Localisation

· Incendie

· Matières inflammables

· Travaux Points Chauds

· Réacteur

· Cyclone

· Bruleur

· Séchoir

· Moteur

· Electrique

· Tableau générale

· Moteur

· Disjoncteur générale

· Réseaux de câble

· Thermique

· Réacteur

· Cyclone

· Bruleur

· Séchoir

· groupe

· Chutes

· Réacteur

· Salle du groupe

· Chimique

· Réacteur

· Réseaux de tuyauterie de syngas

· Manutention Mécanique et Manuelle

· Réacteur

· Autres

 

· Explosion

· Réacteur

· Réseaux de tuyauterie de syngas

· Anoxie

Locaux Accès libre

Locaux Accès Réglementé

· Réacteur

· Réseaux de tuyauterie de syngas

· Bruit

Plateforme gazeifieur

Annexes 6 : Méthodologie d'application du BRF

Ø Les essences forestières

Comme elles sont les atouts majeurs en produisant les rameaux nécessaires à fragmentation pour en donner des BRF, elles doivent être disponibles à proximité oubien être implantées comme partie intégrante au programme dans des terres choisiesà cet effet, Songhaï Centre et les sites annexes comme Parakou et Savalou en particulier disposent quant à elle d'une surface de plus quatre Cents (400) hectares avec une assez bonne proportion destinée à l'agroforesterie qui regorge d'essence variée.

Ø La fragmentation-broyage

Les rameaux, une fois prélevés, doivent être fragmentés ou broyés selon lesmodes utiliséspour que la dimension des particules ne dépasse pas 10 à 12 cm.Ainsi réduites, ces particules de rameaux sont faciles à manipuler et leurincorporation au sol est mieux répartie.

Les mécanismes pédogénétiques sont ainsirapidement amorcés par les micro-organismes qui en sont les uniques responsables.La fragmentation est plus facile si elle est faite à l'aide d'appareils conçus à ceteffet, mais elle peut être faite manuellement à l'aide de machettes, même si le travailest fastidieux.

Ø L'incorporation au sol

L'épandage des BRF sur les champs peut être fait à la main, si lesparcelles sont de petites dimensions (de 10 à 20 m²). Pour des champs de plusgrandes superficies, le motoculteur peut s'avérer un outil utile et efficace.On doit incorporer les BRF au sol quand ils sont frais ou séchés, évitant ainsitoutesdégradations par moisissures ou bactéries, afin de favoriser le contact avec lesol pour amorcer tous les mécanismes de régénération.

Les BRF doivent être incorporés aux premiers 10 cm du sol. Quant auxquantités, ellespeuvent varier selon l'intensité des carences, la texture du sol etl'efficacité des différentes essences forestières ou mélange d'essences. Les volumespeuvent varier de 150 à 200 m3/ha.

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"En amour, en art, en politique, il faut nous arranger pour que notre légèreté pèse lourd dans la balance."   Sacha Guitry