École des Mines de Douai Département Énergétique Industrielle Modélisation de la combustion du bois dans les chaudières de petites puissances Ing. Kristýna Stiovová Kristyna.Stiovova@ensm-douai.fr Paris, 7 décembre 2006

BOIS Type de bois Caractéristique essentielle : Analyse élémentaire chimique identique pour tous types de bois : 50% C 43% O 5,8% H 0,2% N 1% Cendres Relation entre l´essence et la production de CO [%] Analyse chimique dépendante du type de bois : 40-50% cellulose 20-35% hemicellulose 15-35% lignine 1-2% matières organiques

Caractéristique essentielle : BOIS Humidité Caractéristique essentielle : PCI (bois sec) = 18,5 MJ/kg Dépendance entre humidité et PCI

Caractéristique essentielle : BOIS Caractéristique essentielle : Granulométrie Avec la diminution de la surface : La vitesse de combustion augmente Les périodes entre les rechargements se raccourcissent et l´automatisation du procédé de combustion devient plus réalisable

COMBUSTION DU BOIS Cinq phases Chauffage Séchage Dégagement des matières volatiles Combustion des matières volatiles Combustion du résidu carboneux Déroulement du procédé de combustion du bois au cours du temps Vitesse de combustion du bois

Principe de fonctionnement CHARTREUSE 22 Performances : Pn = 18 kW Ts,eau = 80 °C Veau = 40 l Tfumées = 350 °C Dimensions : 1165 x 785 x 682 mm Principe de fonctionnement

ESSAIS PRATIQUES Paramétres sourveillés : Installation expérimentale Conditions pour obtenir la label Flamme Verte (ADEME) : COV (100 mg/m3, 10% d´O2) Poussières (150 mg/m3, 10% d´O2) Critère de rendement (67 + 6 log Pn*) * Pn est la puissance nominale de la chaudière [kW] Paramétres sourveillés : Température Pression Concentrations dans les fumées : CO, CO2, NOx, goudron, particules solides, PCDD, PCDF, autres matériaux organiques Installation expérimentale

MODÉLISATION MATHEMATIQUE Plusieurs simplifications ont été utilisées : Régime permanent Combustible-matière volatile uniquement Débit d´air calculé Débit de matière volatile égal au débit de bois enregistré (en kJ/s) Surface des obstacles intéreures adiabatique Modèle 2D Modèles utilisés : Modèle de la fraction de mélange Modèle de Finite Rate/Eddy Dissipation Milieu poreux Turbulence k-ε standard Maillage Contour de températures

PROBLÈMES DÉTECTÉS Contour de vitesses et écoulement inversé Contour de températures et zones froides PCI 16,5 MJ/kg PCI 32 MJ/kg Contour de températures et stoechiométrie (PCI)

CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES Compréhension de la combustion du bois est nécessaire pour sa modélisation Plusieurs problèmes ont été détectés dans le modèle numérique (zones froides, écoulement inverse dans la cheminée, champs de température ne correspondent pas toujours à la réalité) Levée de certaines incertitudes Vérification du modèle avec plus de données expérimentales

Merci pour votre attention Kristyna.Stiovova@ensm-douai.fr