École des Mines de Douai Département Énergétique Industrielle

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1 École des Mines de Douai Département Énergétique Industrielle
Modélisation de la combustion du bois dans les chaudières de petites puissances Ing. Kristýna Stiovová Paris, 7 décembre 2006

2 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

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

4 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

5 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

6 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

7 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 ( 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

8 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

9 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)

10 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

11 Merci pour votre attention