ÉTUDE DU STOCKAGE DE LA CHALEUR FATALE ISSUE DE PROCÉDÉS INDUSTRIELS À HAUTES TEMPÉRATURES EN LIT FLUIDISÉ

STUDY OF WASTE HEAT STORAGE FROM HIGH-TEMPERATURE INDUSTRIAL PROCESSES IN A FLUIDIZED BED

• Auteur / Autrice : Quentin Gueux
• Direction : Olivier Farges, Vincent Schick
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Énergie et Mécanique
• Date : Inscription en doctorat le 21/10/2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LEMTA – Laboratoire Energies & Mécanique Théorique et Appliquée
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Groupe Vecteurs Énergétiques

Mots clés

Mots clés libres

Chaleur fatale

Stockage de chaleur

Lit fluidisé

Transfert thermique

Procédés industriels

Wasted heat

Heat storage

Fluidised bed

Heat transfer

Industrial processes

Résumé

Dans le contexte actuel de la transition énergétique et de la réduction des gaz à effet de serre, l'amélioration de l'efficacité énergétique des procédés industriels à haute température est une priorité. Les procédés industriels, tels que la production de verre, de céramique et de métaux, génèrent une quantité significative de chaleur fatale, une énergie perdue qui pourrait être récupérée et réutilisée. Ce projet de thèse s'inscrit dans cette démarche en se concentrant sur la récupération et le stockage de cette chaleur fatale à l'aide de lits fluidisés. Le stockage de la chaleur dans des lits fluidisés, constitués de matériaux granulaires comme le sable ou des granulats recyclés, offre une solution prometteuse. La fluidisation du lit permet de contrôler les temps de stockage et de déstockage, optimisant ainsi l'efficacité du transfert thermique. Ce projet s'appuie sur un partenariat entre l'Université de Lorraine et Saint-Gobain Recherche, visant à décarboner les procédés industriels à haute température. Les travaux prévus dans cette thèse incluent une étude expérimentale utilisant un banc d'essai développé au LEMTA. Ce dispositif permet de capter la chaleur fatale issue de gaz chauds ou de fumées de combustion et de la stocker dans un lit fluidisé. L'objectif est de quantifier l'énergie stockée et d'optimiser les paramètres de stockage tels que la température et le temps de déstockage. Des modèles réduits seront également développés pour piloter le système global. La première année de la thèse se concentrera sur un état de l'art des systèmes de stockage par lits fixes et fluidisés, ainsi que sur l'instrumentation du banc d'essai pour des premiers tests à basse température. La seconde année portera sur l'intégration d'un échangeur de chaleur dans le stockeur et l'évaluation des coefficients de transfert thermiques. Enfin, la troisième année visera à optimiser le couplage du stockeur avec le capteur de chaleur, en modélisant dynamiquement le système pour un contrôle efficace. En conclusion, ce projet de thèse vise à développer une technologie innovante pour le stockage de la chaleur fatale, en s'appuyant sur des matériaux recyclés et des techniques de fluidisation. Les résultats attendus contribueront à améliorer l'efficacité énergétique des procédés industriels, réduisant ainsi leur empreinte carbone.

In the current context of energy transition and greenhouse gas reduction, improving the energy efficiency of high-temperature industrial processes is a priority. Industrial processes, such as the production of glass, ceramics, and metals, generate a significant amount of waste heat, an unused energy that could be recovered and reused. This thesis project aims to address this challenge by focusing on the recovery and storage of this waste heat using fluidized beds. Storing heat in fluidized beds, composed of granular materials such as sand or recycled aggregates, offers a promising solution. The fluidization of the bed allows for control over storage and release times, thereby optimizing heat transfer efficiency. This project is based on a partnership between the University of Lorraine and Saint-Gobain Research, aiming to decarbonize high-temperature industrial processes. The planned work in this thesis includes an experimental study using a test bench developed at LEMTA. This setup captures waste heat from hot gases or combustion fumes and stores it in a fluidized bed. The goal is to quantify the stored energy and optimize storage parameters such as temperature and release time. Reduced models will also be developed to control the overall system. The first year of the thesis will focus on a state-of-the-art review of fixed and fluidized bed storage systems, as well as on the instrumentation of the test bench for initial low-temperature tests. The second year will involve integrating a heat exchanger into the storage unit and evaluating thermal transfer coefficients. Finally, the third year will aim to optimize the coupling between the storage unit and the heat capture system, dynamically modeling the system for effective control. In conclusion, this thesis project aims to develop an innovative technology for waste heat storage, using recycled materials and fluidization techniques. The expected results will contribute to improving the energy efficiency of industrial processes, thereby reducing their carbon footprint.