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Theses Year : 2010

Pulverised coal and biomass combustion study on a low-NOx swirl burner

Etude de la combustion du charbon pulvérisé et de la biomasse sur un brûleur à swirl bas NOx

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Abstract

This work concerns pulverised coal combustion and coal/biomass co-firing (wood pellets) for use in large power plants. The study presents results from classical instrumentation, new experimental devices and CFD computational fluid dynamics modeling on a 3 MWth boiler equipped with a swirl low-NOx burner. The work takes place in the framework of a Franco-British European project Interreg IIIA named COSAMM. Three new tools for industry are developed at the university of Kent, an instrument to measure particle speed in the feeding pipe before the burner. Just downstream on the feeding pipe, an optical particle size measurement by imaging is made, the last instrument used is measuring flame temperature and stability. In the flame, thermocouple and species measurements are made in complement. This measurement package coupled with modeling allows the validation of new the measurement instruments. The test on the semi-industrial boiler are used for anticipating problems for upgrading to the industrial stage. The thesis presents the used fuels nature, their combustion and the theoretical bases for the combustion modeling. Moreover, the experimental setup is described. The first test campaign allows testing the experimental instruments by the measures and the modeling. The second test campaign is done on burner parameters. The last campaign biomass is added with a mass fraction input going from 0 to 20%. There is a clear decrease in unburned carbon with the increasing biomass quantity. This combustion improvement with the biomass addition is offset by a strong slagging.
Ce travail présente la combustion du charbon pulvérisé et la cocombustion charbon/biomasse (pellets de bois) en vue d’une utilisation dans des foyers de grande puissance dans le cadre d’un projet Européen Interreg IIIA Franco-Britannique nommé COSAMM. L’étude présente des résultats d’instruments expérimentaux et traditionnels ainsi que de la modélisation numérique sur une chaudière équipée d’un brûleur bas-NOx à swirl de 3 MWth. Trois instruments sont à valider. Le premier sert à la mesure des particules dans la veine d’alimentation avant le brûleur. Juste en aval, une mesure optique expérimentale de la granulométrie est faite. Le dernier instrument sert à la mesure de la température de flamme et à contrôler sa stabilité. Dans la flamme, des mesures de température par thermocouple et des mesures d’espèces sont faites en complément. La thèse présente la nature des combustibles utilisés, leur combustion et les bases de la théorie de la modélisation de leur combustion. Le système expérimental et les conditions d’entrée pour les modèles sont présentés. La première campagne d’essais permet la validation des instruments avec l’appui des mesures et de la modélisation. La seconde campagne d’essais se fait sur les paramétrages du brûleur. La troisième campagne se fait sur la cocombustion, différents mélanges de charbon/biomasse sont brûlés. La modification de la flamme est significative lors du passage de la combustion du charbon pur au mélange de charbon et de 5% massique de biomasse. On observe une diminution des imbrûlés avec l’augmentation de la quantité de biomasse. Cette amélioration de la combustion avec l’ajout de biomasse est contrebalancée par l'encrassement du foyer.
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tel-03009262 , version 1 (17-11-2020)

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Cite

Thomas Le Bris. Etude de la combustion du charbon pulvérisé et de la biomasse sur un brûleur à swirl bas NOx. Sciences de l'ingénieur [physics]. Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis, 2010. Français. ⟨NNT : 2010VALE0027⟩. ⟨tel-03009262⟩
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