Analyse des mécanismes de destruction non-catalytique des Oxydes d’Azote (DeNOx) et application à la simulation aux grandes échelles (LES) d’un incinérateur

Analysis of Nitrous Oxides non-catalytic reduction and its application to the Large Eddy Simulation (LES) of an incinerator

• Auteur / Autrice : Benjamin Farcy
• Direction : Luc Vervisch, Pascale Domingo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique. Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 19/03/2015
• Etablissement(s) : Rouen, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Julien Reveillon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Vervisch, Pascale Domingo, Julien Reveillon, Olivier Gicquel, Mikhael Gorokhovski, Marc Bagnaro, Jos Derksen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Équations d'Euler-Lagrange

Écoulement diphasique

Incinérateurs de déchets

Déchets -- Réduction

Oxydes d'azote

Simulation des grandes échelles

Mots clés libres

Procédure de downsizing

Downsizing procedure

Résumé

Dans le souci constant de diminuer les émissions polluantes, l’analyse de la technologie de réduction sélective non catalytique (SNCR) des oxydes d’azote (NOx) et de son application à un incinérateur industriel est effectuée par la simulation numérique. Un schéma cinétique réduit pour modéliser la SNCR à l’ammoniaque est proposé. L’analyse du procédé est effectuée pour déterminer l’influence de paramètres clés, tels que le mélange et les fluctuations de température, sur la réduction des NOx. Une procédure de maquette numérique est ensuite développée pour permettre la simulation du système réel de grande taille. Des simulations aux grandes échelles (LES) sont effectuées pour observer l’efficacité de la DeNOx dans l’incinérateur, en incluant les mécanismes d’évaporation multi-composants. Des solutions technologiques sont proposées et testées pour optimiser la réduction des NOx. Enfin, un modèle 1D est proposé pour modéliser l’incinérateur de façon simplifiée, et permettre le contrôle actif du procédé en situation opérationnelle.

To guarantee the reduction of pollutant emissions, the analysis of the Selective Non Catalytic Reduction (SNCR) of Nitrous Oxides (NOx) and its application to an industrial incinerator is carried out by numerical simulation. First, a reduced kinetic scheme is proposed for SNCR with ammonia. The process is analysed to determine the key parameters, such as mixing and temperature fluctuations, acting on NOx reduction. Then, a downsizing procedure is developed to enable the simulation of the full size real system. Afterwards, Large Eddy Simulations (LES) of the incinerator are performed, including multicomponent evaporation, to appreciate the DeNOx efficiency. Optimization techniques are suggested and evaluated to strengthen the NOx reduction. Finally, a low order model of the incinerator response is proposed, thus enabling its use in an active process control loop.