École des Mines de DOUAI Journée des doctorants en combustion Combustion en four tournant : Modélisation de la combustion dans un lit solide Lat Grand NDIAYE Lat.Grand.Ndiaye@ensm-douai.fr Journée des doctorants en combustion 07/12/2006

Contexte de l’étude Efficacité énergétique Réduction des émissions L’incinération demeure malgré quelques contradictions le mode d’élimination des déchets le plus sollicité. Efficacité énergétique Réduction des émissions Les outils de CFD demeurent la principale source de simulation donnent des réponses à de telles priorités. Bien élaborés, ils peuvent donc aider à une bonne compréhension des phénomènes et processus ayant lieu dans de telles applications.

Installation d’incinération et types de déchets utilisés Généralités Installation d’incinération et types de déchets utilisés Selon le type de déchet ; solide, liquide et gaz et Selon le mode d’alimentation : Les installations peuvent être des fours à grilles, à lit fluidisé, fours rotatifs et même de type co-incinération.

Caractérisation des déchets De composition très complexe, les déchets doivent cependant être évalués afin d’en déterminer : Chaleur de combustion/PCI-PCS Propriétés physiques Propriétés chimiques Teneur en humidité/volatiles Opérations faites à partir : Analyse spectroscopique ; Expériences thermogravimétrique/bombe calorimétrique ; Analyse élémentaire/immédiate.

Modélisation Types d’écoulement Plusieurs modes d’écoulement tranverse existent et sont définits suivants : Le diamètre interne du tube ; La vitesse de rotation ; La profondeur locale du lit ou taux de remplissage local ; La géométrie des particules et leurs propriétés ; Le coefficient de frottement entre le lit solide et la paroi interne. En fonction du nombre de Froude on peut distinguer : Glissement-Eboulement-Roulement-Cascade-Cataracte-Centrifugation

Modélisation La combustion d’un lit de particule solide en four rotatif s’effectue normalement à travers cinq zones : Chauffage ; Pyrolyse ; Combustion des particules solides ; Formation et dépôt de cendres et Combustion des gaz. Vu sous cet angle, nous nous proposons un modèle mathématique pouvant décrire ces cinq phénomènes. Il est donc nécessaire de choisir un modèle pouvant à la fois décrire l’écoulement du solide, de la phase gaz et la combustion. La téneur en volatile est faite par une méthode d'allumage de l'échantillon à 550 °C

Choix d’un modèle mathématique ! Modélisation Choix d’un modèle mathématique ! Saeman (Descoins), décrit l’écoulement et Yang et al., décrit les processus physico- chimiques. Lit homogène en écoulement piston ; Mode d’écoulement en rolling, axial ; Section tranversale constante ; Porosité du lit constante… La téneur en volatile est faite par une méthode d'allumage de l'échantillon à 550 °C

Modélisation Modèle de Descoins : Evolution du profil de charge sur lit. Alimentation et forme du lit. Accès à la vitesse axiale du lit solide : La vitesse de la phase gazeuse est donnée par la loi de darcy : La téneur en volatile est faite par une méthode d'allumage de l'échantillon à 550 °C

Modèles de Yang et al. : Model 1D Modélisation Modèles de Yang et al. : Model 1D Ce modèle permet d’accéder aux profils de températures des particules de gaz en surface et de ceux du lit solide à travers : Equations des taux d’humidité, de dévolatilisation et de la combustion des volatiles, Equation de conservation de la phase gaz : Transfert : Continuité : Energie : Equation de conservation de la phase solide : La téneur en volatile est faite par une méthode d'allumage de l'échantillon à 550 °C

Couplage des deux modèles ; Descoins et Yang et al., Modélisation Couplage des deux modèles ; Descoins et Yang et al., Description de l’écoulement et des transferts en mode axial de roulement du lit : Développement du modèle 1D ; base de données par évaluation de la température axiale du lit de solides et des particules gaz au dessus du lit. Accès au modèle 2D ; les transferts de matières et de chaleur sur le lit à travers les sections transversales du matériau refractaire du four seront évalués. La téneur en volatile est faite par une méthode d'allumage de l'échantillon à 550 °C

Conclusion Le modèle 1D perméttra donc : D’accéder aux profils de températures sur le lit et de ceux des gaz au dessus du lit ; D’aborder le modèle 2D plus aisément ; Tout cela pour une meilleure connaissance voir aussi pour une bonne conception des fours rotatifs !

Merci de voter attention ! Lat.Grand.Ndiaye@ensm-douai.fr