XyloClean (Post-traitement de fumées de générateurs de chaleur domestiques à bois)

• Research unit: FOEN
• Project number: UTF 556.14.17

Key words (French)

post-traitement de fumée, poêle de 70kW, poêle à bûches, poêle à bois, chaudière à bois, particules fines, CO, hydrocarbures totaux

Short description (French)

Les générateurs de chaleur domestiques à bois contribuent de manière importante aux fréquents dépassements hivernaux des valeurs limites d’imissions (PM10) prescrites.

Le projet « XyloClean » cherche à développer un système de post-traitement des fumées qui soit efficace et à bon prix en utilisant des composants déjà développés pour l’industrie automobile.

Dans un premier projet – financé par la HES-SO – un système a été développé pour le post-traitement des fumées des poêles à bûches composé d’un ventilateur de tirage, d’un catalyseur à oxydation et d’un filtre à particules en métal fritté. Ce dispositif s’est montré très efficace : les émissions de particules et de composés organiques volatiles (COV) ont été réduites de plus de 95%, le monoxyde de carbone complètement oxydé et les émissions d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) réduites de plus de 90%. Certains défauts du système ont également pu être identifiés, notamment l’encrassement du catalyseur, qui aboutit à une consommation élevée d’énergie à cause du ventilateur qui est plus sollicité.

Dans le présent projet, l’application sera étendue aux chaudières à bois. En comparaison avec le poêle à bûches, la masse de particules émises est élevée et constituée surtout de cendres. Par conséquence un préfiltre cyclonique est nécessaire.

De plus, l’autonomie du dispositif par la combinaison du filtre et du catalyseur dans un seul élément et par l’auto-nettoyage du filtre et du préfiltre cyclonique sera améliorée.

 

Le projet a été accepté sur la base de la demande de subside du 18.05.2017  à l’occasion de la séance de la Koko UT du 20.06.2017.

Results according to contract (French)

1. Développement du dispositif pour poêles à bois : L’efficacité de réduction du filtre à particules avec et sans revêtement catalytique est connue. L'activation électrique de la régénération (avec et sans revêtement catalytique) fonctionne. Des composants existants sur le marché en vue du système futur à commercialiser sont évalués. Décision de poursuivre le développement du dispositif pour poêles à bois : Jalon 1
2. Développement du dispositif pour chaudières à bois : Un séparateur cyclonique pour la préfiltration des particules ? 10µm est développé et combiné avec un filtre à particules. L’efficacité de réduction des deux composants et du dispositif entier est connue. Décision de poursuivre le développement du dispositif pour chaudières à bois: Jalon 2
3. Des essais d'endurance en laboratoire du dispositif pour poêle à bois et en conditions réelles (chez un particulier) pour chaudière à bois prouvent leur bon fonctionnement, c'est-à-dire conformément aux objectifs de performance fixés au point 2. La performance de filtration des deux dispositifs est caractérisée en détail: nombre des particules en fonction de leur taille et les analyses de la composition chimique de chaque classe de taille. Jalon 3
4. Rédaction d’un rapport final présentant les résultats des points 1 à 3, ainsi qu’une évaluation des coûts des deux dispositifs.
5. Eléments de textes, illustrations et au moins 3 photos (voir annexe 3) pour l’impression des publications à l’adresse du public.
6.  Présentation des résultats lors d’un colloque scientifique à l’OFEV (avec présentation Power-point).

Project aims (French)

Deux dispositifs de post-traitement de fumée - pour poêle à bois et chaudière à bois d’une puissance jusqu’à 70kW – sont développés pour être commercialisés avec les objectifs de performance suivants : réduction des émissions de particules fines à moins de 1 mg/Nm³, CO entièrement oxydé et HAP (hydrocarbures totaux) réduits de plus de 90%. Les coûts des dispositifs sont limités à environ 10 à 20 % des coûts d’un système de génération de chaleur domestique à bois en fonction de son type et de sa puissance.

Description of results (French)

Le projet XyloClean à pour but de développer des solutions de filtration des fumées issues des poêles et chaudières à bois de petites puissance (<150 kW) afin d'en réduire l'impact sanitaire et environnemental. II porte sur l'utilisation de filtres a particules fermés développés initialement pour les moteurs diesel.
L'efficacité de cette technologie a pu être validée sur un poêle à bois d'une puissance inférieure à 8 kW, avec une réduction en masse et en nombre des particules fines émises d'au moins 95% (taux d'émission < 5 mg·Nm-3). Les émissions de monoxyde de carbone sont réduites (entre 56 et 93%) et les hydrocarbures aromatiques polycycliques sont éliminés. L'adaptation commerciale de cette technologie nécessite encore le développement d'un ventilateur spécifique et d'un dispositif de régénération plus performant que ceux testés dans ce projet.
Bien que prometteuse pour les poêles à bois, cette technologie ne peut s'appliquer directement aux chaudières à bois à cause de la saturation trop rapide des filtres, malgré une préfiltration cyclonique. Mais, leur performance élevée qui réduit la masse de particules émises (< 1 mg·Nm-3), a conduit à étudier une technologie voisine : les filtres à manches. Ces médias filtrants souples, correctement dimensionnés, permettent d'envisager une régénération de leur capacité de filtration de manière régulière et automatique. Des essais préliminaires ont permis de confirmer leur forte capacité de réduction quelle que soit la phase de combustion.

Transfer and application (French)

Le filtre utilisé pour les essais sur le poêle à bois est un produit du marché qui n'a pas subi de modification. Un porte filtre a été conçu pour l'adapter aux conduits de fumées standards. La mise en oeuvre a cependant nécessité l'adjonction d'un ventilateur d'extraction, d'un dispositif d'activation de la régéneration par allumage du manteau de suie et un montage avec bypass afin de garantir la sécurité des usagers quelques soit les problèmes rencontres (colmatage du filtre, panne d'électricité, ... ). Ces éléments devront faire partie de l'installation commerciale mais sous forme intégrée (conduit unique comprenant le filtre, le ventilateur et le bypass).
Pour la chaudière, les manches de filtration ont été dimensionnées et fabriquées par un partenaires industriels sur la base de la puissance de la chaudière. Les tubes de raccordement sont standards et l'unité de traitement peut se brancher sur n'importe quelle installation.

Follow up (French)

Les bons résultats obtenus sur les filtres à particules appliqués aux poêles à bois justifie le développement d'un ventilateur dédié à cette application, qui se fera en collaboration avec le partenaire industriel qui a fourni les médias filtrant. En parallèle de cette étude, un boitier de pilotage autonome est en cours de développement et un système de régénération amélioré sera mis au point pour obtenir des résultats plus performants. Ces développements devraient être réalisés dans le cadre d'un projet lnnosuisse. Pour l'application sur les chaudières à bois, une nouvelle ètude devrait permettre de confirmer les premiers résultats obtenus avec les manches de filtration et inclure le développement d'un système automatique de décendrage des manches de filtration. Par ailleures, il devrait aussi être appliqué aux chaudières à plaquettes. Les partenariats créés pour ce projet seront poursuivis, notamment pour la partie tests sur le terrain.