Bureau d’Etude Industriel

Energétique et Procédés

2006 – 2007

 

Combustion sans Flamme du Charbon Pulvérisé

 

Roux Stéphane

Sarlande Mickaël

Zemrour Zakaria

 

Responsable :

Olivier Simonin

Hervé Neau

 

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Contexte d’étude – Objectifs

 

Processus de dévolatilisation

 

Simulation numérique

 

Résultats

 

Conclusions & Perspectives

 

 

 

Bureau d'étude Industriel

 

Combustion sans Flamme du Charbon Pulvérisé

 

Sarlande Mickaël

Roux Stéphane

Zemrour Zakaria

 

Responsables :

Simonin Olivier

Neau Hervé

 

 

Résumé

L'exploitation du charbon comme source alternative d'énergie devient rentable sous certaines conditions de combustion. Cependant la simulation numérique de la combustion du charbon pulvérisé est parfois délicate : les résultats des simulations sont très éloignées des résultats des expérimentations. Pour les simulations numériques, EDF utilise un code développé en interne : Saturne. Cependant, une hypothèse d'homogénéité a été faite dans ce code : le mouvement moyen des particules de charbon est égal au mouvement moyen de l'air. Cette hypothèse est en générale très loin de la réalité.

Une version périphérique de ce code existe : Saturne_Polyphasique@Tlse, dans lequel cette hypothèse n'est pas prise en compte. Ce code doit donc être adapté pour effectuer la même simulation numérique, et ainsi voir si l'hypothèse est une des sources du problème.

Le processus peut être divisé en deux parties : la dévolatilisation du charbon et la combustion en phase gazeuse et en phase solide. Uniquement le processus de dévolatilisation sera développé dans ce rapport. La dévolatilisation est un phénomène chimique qui se déroule dans des conditions de températures grandes, et qui transforme le charbon brut en un grand nombre de molécules très volatiles, liquides et solides. Ce processus est modélisé par un modèle à deux réactions compétitives, les résultats dépendent donc beaucoup de la température locale. En adaptant les équations de conservation, seul les termes d'échanges doivent être codés pour simuler ce processus dans un écoulement diphasique.

Testé sur une configuration de type Hishida, il a été possible de visualiser les champs de vitesse, température et de quantité de matières au sein de la chambre avec le temps pour différentes configurations d'études. Notamment, la création d'une zone de recirculation favorable à une homogénéisation de la température et stabilisatrice d'une flamme de combustion a pu être identifiée. L'influence de la température d'entrée des gaz chaud sur la quantité de matières volatiles dégagées en générale et en particulier de matières lourdes a également été révélé.

Ce code pas encore parfait par le manque de certaines données numériques relatives à certaines espèces complexes (cendres, charbon réactif, chaleur de réaction de la dévolatilisation du méthane) et par la non convergence des calculs (ajustement nécessaire des mailles et du nombre de Courant) permet néanmoins d'envisager l'ajout d'un code de combustion en phase gazeuse des matières volatiles, étape suivante de l'élaboration de la simulation de la combustion sans flammes d'un charbon pulvérisé.

Mots clé

Charbon, Dévolatilisation, Combustion sans Flamme,

Ecoulement Gaz-Particules, Transferts entre Phases