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Investigation expérimentale et numérique de la décomposition thermique et de la combustion d'un milieu poreux de lignite. Application à la sécurité des conduits de cheminée

Authors
  • Kellali, Safae
Publication Date
Nov 28, 2022
Source
HAL
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

Le présent travail s’inscrit dans le cadre du labCom ANR Optifum. Il concerne l’étude des phénomènes d’incendie dans les conduits de cheminée. Face à la grande diversité des dépôts qui peuvent être impliqués dans de tels sinistres, une étude expérimentale préliminaire a permis d’identifier le lignite comme matériau représentatif. Dans un premier temps, la décomposition thermique du lignite est étudiée à petite échelle. À partir de l'analyse des courbes expérimentales de perte de masse obtenues en analyseur thermogravimétrique, des mesures DSC et de la littérature, quatre mécanismes de pyrolyse sont proposés : un détaillé et trois simplifiés afin de déterminer le niveau de complexité nécessaire à inclure dans le modèle cinétique pour décrire correctement la chimie de la décomposition thermique du lignite. Les modèles numériques ont été validés sous différentes conditions de chauffage avec la détermination des paramètres cinétiques associés aux schémas cinétiques. Ensuite, la décomposition thermique du lignite est étudiée sous atmosphère oxydante. Trois mécanismes réactionnels sont proposés. A l’échelle suivante, des phénomènes supplémentaires tels que les processus de transfert de chaleur et de masse s’ajoutent et doivent être pris en compte. La description de la décomposition thermique nécessite la connaissance de paramètres physiques et thermiques du lignite et du char formé. Ces propriétés sont déterminées expérimentalement et constituent les données d’entrée des modèles. Les quatre modèles de pyrolyse déjà proposés et validés en 0 D sont implémentés en 1 D dans le code PATO. Les résultats numériques de la perte de masse, de la vitesse de perte de masse et des températures à l'aide des 4 modèles sont validés expérimentalement. A échelle croissante nous avons investigué la décomposition thermique et l’inflammation d’un milieu poreux constitué de lignite. Pour cela, trois campagnes d'essais expérimentaux ont été menées. Dans un premier temps, la décomposition thermique du lignite a été étudiée en cône calorimètre à atmosphère contrôlée sous différentes conditions (atmosphère inerte et oxydante, faible et grande puissance…) et structures de lits poreux (taille des particules les constituant). Dans un deuxième temps, un front de gaz traversant à contre-courant le front de pyrolyse a été imposé pour différentes atmosphères (N₂, 10% d’O₂, 18% d’O₂ et 21% d’O₂), puissances et structures de lits poreux. Pour cela, le cône a été modifié spécifiquement pour se positionner dans des configurations et pour des conditions permettant une certaine représentativité des feux au sein des conduits (dynamiques d’écoulement, conditions d’oxygénation, etc.).L’analyse comparative des résultats de la première et de la deuxième campagne montre le rôle important que peuvent avoir la structure du lit poreux et les réactions d’oxydation dans l’accélération de la combustion hétérogène du lignite. La 3ème campagne a été menée avec un dispositif spécifiquement développé et instrumenté à l’échelle du conduit de cheminée, pour ce travail. Les principaux paramètres qui influent le temps d’inflammation et sa sévérité ont été investigués avec la détermination des conditions minimales d’inflammation. Il a aussi s’agit de comprendre la décomposition thermique et la combustion d’un lit de lignite à travers l’analyse des résultats de pertes de masse et les températures associées sous différentes conditions : température d’air, pourcentage d’oxygène, structures du lit de lignite…

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