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1/14 Francisco CADAVID (1), Thomas LE BRIS (2), Sébastien CAILLAT(2), Stanislas PIETRZYK(3), Jacques BLONDIN (4) Modélisation numérique de la réduction.

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1 1/14 Francisco CADAVID (1), Thomas LE BRIS (2), Sébastien CAILLAT(2), Stanislas PIETRZYK(3), Jacques BLONDIN (4) Modélisation numérique de la réduction des NOx dans un four expérimental de 4MW à charbon par la méthode du reburning (1) Universidad de Antioquia Facultad de Ingeniería, Grupo del Gas (Colombia) (2) École des Mines de Douai, Dépt. Énergétique Industrielle (France) (3) Unité de Catalyse et Chimie du Solide USTL – ENSCL - ECLille (France) (4) SNET/CERCHAR (France) Journées François LACAS – Journée des Doctorants en Combustion

2 2/14 Combustion du charbon pulvérisé Pyrolyse Devolatilisation Combustion du résidu carboné Chimie en phase homogène Chimie en phase heterogène Ecoulements bi-phasique Un probleme multi-physique Radiation (Williams)

3 3/14 Combustion du charbon pulvérisé Paramètres: Température maximum Vitesse de chauffe Rang Maceraux … Composition variable : Volatils légers, des goudrons Composés cycliques, Aromatiques, Aliphatiques Craquage et polymérisation (Alonso) (CPM)

4 4/14 Combustion du charbon pulvérisé Résidu carboné Porosité Réactivité Température T° basse : O 2 diffusion complète T° moyenne : O 2 diffusion partielle T° haute : Pas de diffusion de O 2, CO 2 ou H 2 O (Williams) (williams)

5 5/14 Combustion du charbon pulvérisé Sources NO-Précoce NO-Thermique NO-Combustible Réduction Milieu réducteur Surface du résidu carboné Thermal-NO : Zeldovitch Prompt-NO : Neglected Fuel-NO : De Soete Reburning : Yang (De Soete)

6 6/14 Modèles numériques La modélisation numérique Lespace de combustion est divisé en cellules Dans chaque cellule sont représentés les différents phénomènes physiques Problèmes Puissance et temps de calcul Taille des cellules Représentativité du modèle Capacité à converger Constantes chimiques et physiques disponibles Représentation de lécoulement fluide Reynolds Averaged Navier-Stokes : Moyenne temporelle de lécoulement

7 7/14 Modèles numériques Radiation Harmoniques sphèriques du premier ordre (P-1) Adapté pour les milieux optiquement épais Écoulement Bi-phasique Représentation Lagrangienne Permet davoir un suivi des particules Turbulence k-epsilon: simple et robuste Vitesses tangentielles sous-estimées Moyenne de Favre (densité)

8 8/14 Modèles numériques Chimie en phase homogène Fraction de mélange Probability density function (PDF) Pseudo-équilibre possible Espèces intermédiaires Dévolatilisation Modèle : Single kinetic rate (Badzioch and Hawksley) Modèle : Two kinetic rates testé avec des résultats irréalistes CH 4 est le combustible dévolatilisé Oxydation du résidu carboné O 2 comme oxydant Contrôle de la vitesse de réaction par diffusion

9 9/14 Modèles numériques Turbulencek-epsilon Ecoulement biphasiqueEulerien/Lagrangien RadiationFirst Order Spherical Harmonics (P-1) Chimie en phase homogèneProbability Density Function (PDF) DévolatilisationSingle Kinetic Rate model (SR) Oxydation du residu carbonéDiffusion-Limited (DL) NO-ThermiqueEnlarged Zeldovitch NO combustible (homogène)De Soete (HCN) NO combustible (hétérogène)Lockwood Combustion en milieu réducteurYang Modèles utilisés

10 10/14 Le reburning sur la chaudière du CERCHAR Le four expérimental du CERCHAR 4 MW Brûleur bas-NOx, adapté pour produire des NOx Fenêtres pour sondes: Vitesses Températures Espèces Surcombustion réductrice testée avec du gaz et du charbon

11 11/14 Le reburning sur la chaudière du CERCHAR Modélisation de la concentration doxygène dans le four

12 12/14 Le reburning sur la chaudière du CERCHAR Modèles de chimie de NO en milieu réducteur : Sans surcombustion Sans modèle de surcombustion Modèle de Bowman Modèle de Yang Modèle de Yang adapté (T>1300°C)

13 13/14 Conclusions Résultats corrects en moyenne; moins satisfaisants dans les details Des phénomènes physiques moyennés donnent des résultats moyénnés. Reynolds, Favre Composition des charbons variables Taille des cellules pas toujours suffisante Entrées dair lors de la mesure, perturbation par la sonde. Bien pire pour des applications industrielles. Perspectives: Projet Cosamm avec lUniversité du Kent Mesure de lécoulement particulaire dans larrivée de combustible Volonté de prédiction des instabilités de la flamme

14 14/14 Merci pour votre attention


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