Objectifs

Plusieurs études entreprises ces dernières années se sont intéressées au fonctionnement des réacteurs en lits fluidisés circulants pour la combustion de charbon dans les centrales thermiques. 

L'utilisation de plus en plus fréquente et importante de charbon et sa combustion au cours de laquelle la chaleur est générée pour produire de la vapeur, puis de l'électricité par des turbines nécessite la compréhension desconditions hydrodynamiques de fonctionnement des réacteurs assurent a priori un contact homogène et rapide entre le combustible et le transporteur d'oxygène (contact gaz/solide), d'où l'importance de comprendre l'hydrodynamique de l'écoulement. C’est pour cela qu’ALSTOM Power Systems S.A. a collaboré à la construction d'une unité pilote d’une capacité d’un 1MWth à Darmstadt (Allemagne) pour y mener des campagnes expérimentales pour développer certains aspects hydrodynamiques et/ou réactionnels. Ce pilote a été construit dans le cadre du projet ECLAIR financé par l'UE (RFCS).

La simulation numérique peut prédire des comportements dans des cas complexes une fois que les modèles rigoureux sont validés (par de tests expérimentaux) sur des cas plus simples. De plus, pour simuler entièrement le procédé, il faut être capable de modéliser les réactions chimiques de façon simple mais juste. À partir de résultats d’une étude cinétique menée par l’université de Chalmers, un modèle simple (en écoulement piston vertical) pour les réactions se produisant dans le fuel réacteur sera proposé pour des simulations futures.

 

L'objectif de ce travail est donc double. Il consistera d'une part, à clarifier la cinétique des réactions au niveau du FR et à proposer un modèle pour les réactions qui contrôlent le processus de combustion de charbon et, d'autre part, simuler puis analyser des cas non réactifs et monodisperses d'un lit multiphasique afin de comparer les résultats de l’hydrodynamique des particules de transporteur d’oxygène au niveau du FR avec les données fournies par ALSTOM Power System S.A..

Pour mener à bien ce projet, on va également s'appuyer sur des données collectées au cours de la thèse de Nicolas NOUYGIRAT, tout en utilisant le code de calcul "Neptune_CFD" disponible à l'IMFT. Cependant, la modélisation CFD des écoulements gaz solide en lits fluidisés circulant reste délicate.

Nous allons tout d'abord vous présenter plus en profondeur la combustion en boucle chimique, puis notre étude sur l'hydrodynamique afin de permettre une validation des modèles numériques employés et enfin notre étude cinétique sur la modélisation des réactions dans le fuel réacteur car c'est la partie la plus innovante du procédé.