Contribution à l'étude des mécanismes d'inflammation des charbons pulvérisés

Contribution to the study of ignition mechanisms of pulverized coals

• Auteur / Autrice : Rezki Boukara
• Direction : Lucien Delfosse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 1993
• Etablissement(s) : Mulhouse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Charbon -- Combustion

Charbon pulvérisé

Résumé

Le présent mémoire décrit la caractérisation des mécanismes d'inflammation des charbons pulvérisés, et de leurs semi-cokes préparés dans des conditions paramétriques similaires à celles rencontrées dans un brûleur industriel. La connaissance de ces mécanismes permet de se doter d'outils propres à modéliser et à optimiser la combustion du charbon pulvérisé dans les brûleurs industriels. Le système expérimental consiste en un four à chute libre, chauffé électriquement et alimenté en gaz à l'aide d'une batterie de bouteilles. Le débit et la concentration sont contrôlés par des débitmètres régulateurs massiques. L'arrivée du grain dans le réacteur est détectée à l'aide d'un faisceau laser (He-Ne). L'inflammation du grain de charbon est décelée à l'aide d'un pyromètre à trois longueurs d'ondes. Ce système nous a permis une analyse expérimentale des caractéristiques d'inflammation (température critique du gaz à l'inflammation et délais d'inflammation), en fonction des différents paramètres (taille des particules, température du four, nature de l'échantillon, concentration en oxygène et teneur en matières volatiles). Les résultats principaux obtenus montrent que quelle que soit la concentration en oxygène, la température du gaz à l'inflammation augmente quand la taille des particules de coke diminue, c'est l'opposé qui se produit avec les charbons bruts, surtout dans le cas du Freyming dans l'oxygène pur. Une étude théorique du phénomène d'inflammation a été menée, en procédant en deux étapes indépendantes. D'abord une modélisation de l'inflammation hétérogène en se basant sur la théorie d'explosion thermique de Semenov et les équations du bilan thermique. Ceci nous a permis le calcul des températures et les délais d'inflammation. La deuxième étape concerne la modélisation de l'inflammation en phase gazeuse, qui prend en compte tous les phénomènes engendrés par la combustion d'un grain de charbon (transferts de chaleur, dévolatilisation, combustion des matières volatiles et du résidu carbone). La modélisation de l'inflammation hétérogène conduit à des résultats qui sont en bon accord avec l'expérience. Par contre celle de l'inflammation homogène tout en reproduisant bien les résultats expérimentaux obtenus dans l'oxygène pur pose un problème en ce qui concerne ceux obtenus dans l'air. Une meilleure connaissance des matières volatiles émises permettrait à coup sur d'améliorer le modèle