Systèmes d’oxycombustion nouvelle génération

Plusieurs variantes de systèmes d’oxycombustion ont été proposées et sont actuellement étudiées en vue de mettre à niveau d’anciens systèmes ou de trouver de nouvelles applications pour les centrales électriques. Le procédé initial de la première génération de ces systèmes prévoyait de brûler des combustibles fossiles avec de l’oxygène dans la chaudière de la centrale. Pour ce faire, on recycle les gaz de carneau afin de modérer la température, mais sans intégrer au processus global l’unité de séparation d’air, l’unité de compression et les différents flux massiques et thermiques. Faute d’optimisation, cette méthode s’est révélée une perspective énergétiquement et économiquement coûteuse pour l’oxycombustion et la mise au point des systèmes correspondants.

Adoptée par de nombreux concepteurs de centrales électriques, la deuxième phase de développement de systèmes d’oxycombustion prévoit l’intégration des unités de séparation et de compression de l’air, ainsi que des flux massiques et thermiques de façon à minimiser la perte d’énergie et à améliorer l’efficacité du système dans son ensemble. Plusieurs études (comprenant notamment des essais en atelier et à l’échelle pilote) s’attachent à atteindre ce but. Les perspectives d’amélioration des systèmes d’oxycombustion demeurent néanmoins nombreuses et constituent autant de pistes de choix pour la recherche et le développement des systèmes de combustion.

CanmetÉNERGIE travaille actuellement sur la nouvelle génération (3e génération) de systèmes d’oxycombustion en explorant les possibilités de minimiser, voire éliminer totalement les gaz de carneau générés par les systèmes d’oxycombustion. En cas de succès, cette technologie permettrait de réduire considérablement (jusqu’à 80 %) la taille des centrales électriques et d’envisager des améliorations supplémentaires du point de vue de l’efficacité et des coûts (capital et opérations) des centrales. Encore à ses prémices, cette étude a pour objectif d’éliminer le besoin de recourir à un régulateur de température. La mise en œuvre de ces systèmes nécessitera cependant une amélioration considérable des matériaux comme de la conception des équipements.

La prochaine génération de brûleurs hydroxy-combustibles

La combustion des hydroxy-combustibles constitue l’une des variantes de cette 3e génération de systèmes d’oxycombustion. Ce procédé de combustion consiste à brûler un combustible dans de l’oxygène pur sans recycler les gaz de carneau générés par la combustion. Dans ce cas, la température est régulée par de l’eau ou de la vapeur d’eau. Cette configuration présente le grand avantage d’abaisser les flux massiques de gaz (potentiellement divisés par 3), entraînant la diminution des coûts en capital tout en permettant l’utilisation du matériel actuel. Appliquée aux turbines, la combustion des hydroxy-combustibles nécessitera la mise au point de nouvelles turbomachines capables de produire de l’énergie à partir de l’expansion d’un mélange vapeur d’eau et de gaz.

Grâce à notre installation de pointe de recherche pilote composée d’un système de combustion vertical, nous avons récemment élaboré un nouveau prototype de brûleur des hydroxy-combustibles. Ce brûleur a été conçu pour procéder à la combustion de toutes sortes de combustibles, tels que le gaz naturel, le mazout, le bitume, l’émulsion, le charbon pulvérisé et la boue de charbon. Le brûleur fonctionne à 1 MBtu/h (0,3 MWth) et selon divers modes, notamment air, oxygène-vapeur d’eau, oxygène-gaz de carneau recyclé, oxygène-CO2, oxygène-vapeur d’eau-gaz de carneau recyclé, et oxygène-vapeur d’eau-CO2. Toutes les activités liées à la conception de ce système d’hydroxy-combustibles (y compris le développement technologique et la mise en œuvre) ont été menées à CanmetÉNERGIE.