Présentation du BEI

Présentation de l'expérience réalisée en laboratoire

Notre Bureau d'Etudes Industrielles s'intéresse à la phase de combustion. Cette étape a lieu dans la partie basse du combusteur. Nous ne nous intéresserons donc qu'à cette partie de l'installation.

Le but de ce projet est d'effectuer la simulation 3D de la phase de combustion dans le lit fluidisé dense afin d'en modéliser la cinétique.

Nos travaux se basent sur une expérience réalisée par Harold MAFFRE, un ingénieur du Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse.

Description de l'installation :

SOURCE : H.Maffre, M.Hemati. Etude cinétique de la combustion du char en lit fluidisé

L'installation utilisée a une hauteur de 1,10 m. Les parois sont calorifugées afin d'éviter toute perte de chaleur et le combusteur a un diamètre de 12,50 cm. 

Les particules d'olivine ont un diamètre compris entre 300 et 400 micromètres et une masse volumique de 3040 kg/m3. On en injecte une masse de 5,5 kg, sachant que le taux de vide dans le lit est de 60%. Le char est ensuite injecté directement sous forme de granulés au milieu du lit d’olivine par la canne d'injection située sur la gauche du combusteur.

Des capteurs de pression de type Druck LPX 5000 mesurent la pression dans le lit dense à 10 et à 20 cm de hauteur. L'incertitude de ce capteur est estimée à 0,25 % de la pleine échelle.

Deux thermocouples (T1 et T2) mesurent la température dans le combusteur et un analyseur de $CO_{2}$ calcule le pourcentage de dioxyde de carbone en sortie afin de quantifier les produits de la réaction de combustion. La position des thermocouples est définie sur le schéma ci-dessous :

SOURCE : H.Maffre, M.Hemati. Etude cinétique de la combustion du char en lit fluidisé

 

Particules de char :

Les particules de char utilisées se présentent sous la forme de granulés de forme cylindrique, de longueur moyenne 11,8 mm et de diamètre 4,3 mm.

SOURCE : H.Maffre, M.Hemati. Etude cinétique de la combustion du char en lit fluidisé

Le diamètre équivalent des particules de char est un paramètre primordial lors de la simulation numérique. Il faut donc le calculer. Pour ce faire, on calcule le rayon d'une sphère qui aurait le même volume que les granulés cylindriques de char. On trouve un rayon équivalent de 3,44 mm.

Résultats obtenus :

Les expériences successives réalisées par H.MAFFRE démontrent que :

  • la réaction de combustion du char est relativement lente et dépend du diamètre des particules de char
  • la masse du char injecté a peu d'effet sur le temps de la réaction de combustion
  • le dégagement de dioxyde de carbone et l'exothermicité de la réaction sont proportionnels à la masse de char introduite

Objectifs du bureau d'études :

L'objectif de notre bureau d'études sera de modéliser numériquement la phase de combustion du char dans le combusteur afin de comprendre la cinétique de réaction pour pouvoir par la suite la transposer dans le cas du lit fluidisé circulant et modéliser la cinétique de l'ensemble du dispositif.

L'équipe et les encadrants

 

L'équipe de projet est composée de 3 élèves ingénieurs à l'ENSEEIHT :

 

 

Ayoub Belhajria

3ème année Energétique et Procédés

ayoub.belhajria@etu.enseeiht.fr

 

Camille Journeau

3ème année Energétique et Procédés

camille.journeau@etu.enseeiht.fr

 

Maxime Rosello

3ème année Mécanique des Fluides Numérique

maxime.rosello@etu.enseeiht.fr

 

Plusieurs encadrants nous ont permis de mener à bien notre projet :

  • Renaud Ansart, maître de conférence au Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse au sein du département Réaction-Mélange-Séparation
  • Hervé Neau, ingénieur chercheur à l'Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse.
  • Pr. Mehrdji Hemati, professeur à l'ENSIACET et ingénieur chercheur au sein du département Réaction-Mélange-Séparation