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VSB – TU d´Ostrava, République Tchèque, Centre de VSB – TU d´Ostrava, République Tchèque, Centre de RechercheRecherche

Modélisation de la combustion Modélisation de la combustion du bois dans les chaudières de du bois dans les chaudières de

petites puissancespetites puissances

Ing. Kristýna Stiovová[email protected]

École des Mines de Douai

Département Énergétique Industrielle

Paris, 7 décembre 2006

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Analyse élémentaire chimique identique pour tous types de bois :• 50% C• 43% O• 5,8% H• 0,2% N• 1% Cendres

Analyse chimique dépendante du typede bois :• 40-50% cellulose • 20-35% hemicellulose• 15-35% lignine• 1-2% matières

organiques

Relation entre l´essence et la production de CO [%]

BOISCaractéristique essentielle : Type de bois

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BOIS

Dépendance entre humidité et PCI

PCI (bois sec) = 18,5 MJ/kg

Caractéristique essentielle : Humidité

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BOISCaractéristique essentielle : Granulométrie

• La vitesse de combustion augmente

• Les périodes entre les rechargements se raccourcissent et l´automatisation du procédé de combustion devient plus réalisable

• Avec la diminution de la surface :

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COMBUSTION DU BOISCinq 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

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CHARTREUSE 22Performances :

Pn = 18 kWTs,eau = 80 °CVeau = 40 lTfumées = 350 °C

Dimensions : 1165 x 785 x 682 mm

Principe de fonctionnement

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ESSAIS PRATIQUES

Installation expérimentale

Paramétres sourveillés :

• Température

• Pression

• Concentrations dans les fumées :

• CO, CO2, NOx, goudron, particules solides, PCDD, PCDF, autres matériaux organiques

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]

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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

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PROBLÈMES DÉTECTÉS

Contour de vitesses et écoulement inversé

Contour de températures et zones froides

Contour de températures et stoechiométrie (PCI)

PCI 16,5 MJ/kg PCI 32 MJ/kg

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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

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Merci pour votre attention

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