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UNIVERSITÉ DE DOUALA Unité de Formation Doctorale Physique et Sciences de lIngénieur LABORATOIRE DENERGIE MODELISATION ET SIMULATION DE LA COMBUSTION.

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2 UNIVERSITÉ DE DOUALA Unité de Formation Doctorale Physique et Sciences de lIngénieur LABORATOIRE DENERGIE MODELISATION ET SIMULATION DE LA COMBUSTION DES COQUES DE PALMISTE DANS UN FOUR DE FUSION DE LA FERRAILLE (Rapport davancement des travaux de thèse P Directeur : Pr AYINA OHANDJA ( Maître de conférence, Université de Douala ) Encadreur :Dr OBOUNOU Marcel ( Chargé de cours, Université de Yaoundé 1 ) Co-encadreur : Dr CAILLAT Sébastien ( Maître de conférence, Université de Lille 1) EPESSE MISSE Samuel Eugène Ngaoundéré, 09 Mars 2011

3 PLAN DE LEXPOSE Introduction 1-PRESENTATION DES COQUES DE PALMISTES 2-PRESENTATION DU FOUR DE FUSION 3-MODELISATION MATHEMATIQUE 4-PROBLEMES DETECTES Conclusion

4 CONTEXTE Disponibilité des noix de palme Valorisation de déchets issus de la biomasse Optimisation de lexploitation du cubilot

5 Coques de palmiste : disponibilité

6 BREF APERCU BIBLIOGRAPHIQUE TZE CHEAN OOI et al. [2] montrent que la substitution de 10% de coke par des coques de graines de tournesol comme combustible dans un four de réduction du minerai de fer ne change pas de façon significative les caractéristiques de la combustion ou la qualité de la réduction. JENKINS et al. [8] relèvent les influences de la composition chimique de la biomasse sur les taux de combustion et démission des polluants. WERTHER et al. [11] sintéressent à la combustion des coques de café et soulèvent des problèmes posés par les cendres issus de la combustion OSVADA [20] compare les cinétiques de pyrolyse, de combustion et de gazéification des graines de pin, des coques dolive et des fragments de bois. Il compare ainsi leurs caractéristiques en terme de combustion suite aux différents rapports O/C,H/C et leur taux de cendre.

7 1-PRESENTATION DES COQUES DE PALMISTES Analyse chimique élémentaire (théorique) 51% C 8% H 32% O O.1% N 3.9% Eau 5% Cendre Analyse sur brut (sinspirant du tableau présenté par WERTHER et al.[9]) 65% Volatile 20% Charbon 10% Eau 5% Cendre Doù les fractions molaires suivantes: 0.19 C 0.60 H 0.16 O 0.05 N

8 Tableau présenté par Werther et al.

9 2- PRESENTATION DU FOUR DE FUSION Le four de fusion expérimental a les caractéristiques suivantes: Production horaire : P = 153,6 kg/h soit t/h Volume de préchauffage: V = 38.25L soit 38.25x10 m Indice de capacité de préchauffage : ICP = 0.25 m /t Durée maxi de fonctionnement (journalier) : 3 heures Débit de vent : de 130m /h à 190 m /h Pression de vent à la sortie des tuyères : de 5000 Pa à 6800 Pa

10 Fonctionnement du four La ferraille à fondre, la chaux et le combustible sont enfournés en charges alternées au gueulard tandis que lair froid est insufflé par les tuyères. Le gaz formé par la combustion aux tuyères monte au gueulard en traversant la charge solide

11 Le cubilot : exemple de chargement

12 3 -MODELISATION MATHEMATIQUE Etant complexe pour lensemble du four, on sintéresse dabord à la modélisation dune tranche de combustible Plusieurs simplifications ont été utilisées: Régime permanent Combustible- matière volatile uniquement Débit dair calculé Débit de matières volatiles égal au débit des morceaux de coques de palmiste enregistré Morceaux de coques assimilés à des sphères de rayon constant Surface des obstacles intérieurs adiabatique Modèles utilisés Modèle de la fraction de mélange Modèle de PDF Turbulence k-ε standard Milieu poreux

13 Combustion des coques de palmiste On distingue cinq phases: Chauffage Séchage Dégagement des matières volatiles Combustion des matières volatiles Combustion du résidu charbonneux

14 4-Problèmes détectés

15 Présentation du four de Krystina

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17 Limites de lapproche précédente La combustion est limitée au volume gazeux de la chambre de combustion La combustion du lit de combustible de même que la variation de son épaisseur ne sont pas pris en compte Pour se rapprocher encore de la réalité, on sest donc tourné vers les modèles globaux intégrants aussi bien la phase gazeuse que la phase solide

18 Simard [14]a utilisé un modèle global et le code PHOENICS pour modéliser la combustion dans un four de calcination de coke de pétrole Menard [19] propose un modèle à cœur rétrécissant pour modéliser lincinération sur grille dordures ménagères Yao Bin Yang et al. [ 21] utilise le code FLIC pour résoudre les équations de transport de la phase solide et le code FLUENT pour calculer lécoulement des fluides, la combustion des gaz et le transfert de chaleur au dessus du lit lors de la combustion dordures ménagères dans un four à lit

19 CONCLUSION Au bout de cette étape, on peut relever que : La compréhension de la combustion des coques de palmiste est nécessaire pour sa modélisation Les analyses élémentaire et globale pour les coques de palmiste doivent être faites en vue dintroduire les valeurs réelles dans le code de calcul Létude expérimentale de la pyrolyse de petits échantillons de coques de palmiste doit être menée afin de déterminer les cinétiques de dé volatilisation et la nature des gaz émis. Létude expérimentale de la combustion dun lit de coque de palmiste dans un four pilote devra être conduite afin danalyser des phénomènes à léchelle du lit et lobtention de données pour la validation dun modèle mathématique de combustion du lit de coques de palmiste. Ce modèle sera destiné à être couplé au calcul de lécoulement et de la thermique de la chambre de combustion.

20 Bibliographie [1] Y.WON,C. SANGMIN, C. EUNG SOO, R. W.DEOG, K. SUNGMAN.2006 Combustion characteristics in an iron ore sintering bedevaluation of fuel substitution. Comb and Flame, n° 145 pp [2] O.TZE CHEAN, E.ARIES,B. EWAN, D. THOMPSON, D.R. ANDERSON, R.FISHER, T. FRAY, D.TOGNARELLI.2008 The study of sunflower seed husks as a fuel in the iron ore sintering process Minerals Engineering, n°21 pp [3] G. TIHON « Les combustibles de substitution pour le cubilot » 3 Conférence internationale sur le cubilot. [4]T.ABBAS, P.G. COSTEN, F.C. LOCKWOOD, 1996, Solid fuel utilisation: from coal to biomass Symposium International on Combustion, Vol 26, Issue 2, Pages [5] Y.WON,C. SANGMIN, C. EUNG SOO, R. W.DEOG, K. SUNGMAN.2004 Modeling of Combustion and heat transfer in an iron ore sintering bed with consideration of multiple solid phases. Iron Steel Institute of Japan, Vol 44, n° 3 pp [6]C.MOKRANE,2009, Optimisation de la combustion au sein dun incinérateur de déchets solides pour réduire les émissions nocives : cas des NO»,magistère en génie mécanique,option énergétique,Faculté des sciencesde lingénieur, Université de Batna Algérie [7] N.SAMIRA, 2006, « Etude numérique de la combustion des gaz dans un four de cimenterie », mémoire de magistère. [8] B.M. JENKINS, L.L.BAXTER, T.R. MIES Jr, T.R.MILES,1998, Combustion properties of biomass, Fuel Processing Technology, Vol 54, pages [9]J.WERTHER, M.SAENGER, E.U.HARTGE, T.OGADA, Z.SIAGI, 2000, Combustion of agricultural residues, Progress in Energy and Combustion Sciences, Vol 26, Pages 1-27

21 [10] A. DEMIRBAS, 2004, Combustion characteristics of different biomass fuel, Progress in Energy and Combustion Sciences Vol 30, Pages [11] J. WERTHER, M.SAENGER, E.U.HARTGE, T.OGADA, Z.SIAGI, 2001, Combustion of coffee husks, Renewable Energy, Vol 23, Pages [12] O. SENNECA, 2007, Kinetics of pyrolysis, combustion and gasification of three biomass fuels, Fuel Processing Technology, Vol 88, Pages [13] P. JANASEK, 2009, Aspects of biomass combustion, Renewable Energy [14] G.SIMARD, 1992, « La modélisation de la combustion dans un four de calcination de coke de pétrole » mémoire présenté à lUniversité du Québec à Chicoutimi comme exigence partielle de la maîtrise en ingénierie. [15] J.B.GUILLOT, « Application de la mécanique des sols aux réacteurs métallurgiques » [16] C.BRUCH, B.PETERS, T.NUSSBAUMER, (2003), Modelling wood combustion under fixed bed conditions, Fuel, Vol 82, Pages [17] S.V.KOMAROV, E.KASAI Simulation of sintering of iron ore bed with variable porosity [18] H.THUNMAN, B.O. LECKNER, 1996, Influence of size and density of fuel on combustion in a packed bed, Departement of Energy conversion, Cholmers University of Technology, SE-412, Göteborg, Sweden [19] Y. MENARD ;2003 ; « Modélisation de lincinération sur grille dordures ménagères et approche thermodynamique du comportement des métaux lourds » Thèse de Doctorat, Institut polytechnique de Lorraine [20] T. FLOREA « Modélisation de la combustion du bois dans un foyer bois à bûches », Journée des Doctorants en Combustion et Assemblée Générale du Groupement Français de Combustion Jeudi 7 Décembre 2006

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