N° d'ordre

Olga Batrak

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
N° d'ordre : 2246 THESE présentée pour obtenir LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale : Energétique et Dynamique des Fluides Spécialité : Mécanique des Fluides par Mme Olga BATRAK ETUDES NUMERIQUE ET EXPERIMENTALE DE L'HYDRODYNAMIQUE DES LITS FLUIDISES CIRCULANTS GAZ-PARTICULES AVEC PRISE EN COMPTE DE LA POLYDISPERSION GRANULOMETRIQUE Soutenance le 9 septembre 2005, devant le jury composé de : M. Pierre GUIGON Président MM Olivier SIMONIN…………………… Directeur de thèse Bo LECKNER………………………. Rapporteur Eric PEIRANO……………………….. Rapporteur Mme Isabelle FLOUR…………………….. Membre MM Mehrdj HEMATI…………………….. Membre Thierry LE GUEVEL………………… Invité Everest PEREZ……………………….. Invité

• classification génétique


• comminution du calcaire


• définition de comminution


• modelisation eulerienne de la phase continue


• calcaire


• roches d'origine organique


• charbon


• boucle expérimentale


• installation de iet chine


• installation expérimentale

Sujets

• Peirano
• Catherine Guigon
• Institut national polytechnique de Toulouse
• Chaudière
• Marchal

Informations

• Publié par: profil-feym-2012
• Publié le: 01 septembre 2005
• Nombre de lectures: 29
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

N° d’ordre : 2246






THESE


présentée

pour obtenir

LE TITRE DE DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE



École doctorale : Energétique et Dynamique des Fluides

Spécialité : Mécanique des Fluides

par

Mme Olga BATRAK



ETUDES NUMERIQUE ET EXPERIMENTALE DE L’HYDRODYNAMIQUE
DES LITS FLUIDISES CIRCULANTS GAZ-PARTICULES
AVEC PRISE EN COMPTE DE LA POLYDISPERSION GRANULOMETRIQUE

Soutenance le 9 septembre 2005, devant le jury composé de :

M. Pierre GUIGON Président

MM Olivier SIMONIN…………………… Directeur de thèse
Bo LECKNER………………………. Rapporteur
Eric PEIRANO………………………..
Mme Isabelle FLOUR…………………….. Membre
MM Mehrdj HEMATI…………………….. Membre
Thierry LE GUEVEL………………… Invité
Everest PEREZ……………………….. Invité

Remerciements
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
REMERCIEMENTS

Ce travail a été réalisé dans le cadre de la collaboration entre EDF, ALSTOM Power Boiler et
IMFT, sous la direction de monsieur le Professeur Olivier Simonin, auquel je tiens à exprimer
ma profonde gratitude pour ses directives et précieux conseils scientifiques tout au long de
mes recherches.
Je remercie tout particulièrement Salvatore Ignaccolo, Didier Brudy ainsi que l’ensemble du
groupe des Chaudière thermiques de SEPTEN pour leur implication dans la réalisation de ce
travail. Je remercie vivement monsieur Thierry Le Guevel, pour m’avoir prodigué de
nombreux conseils, apporté de la rigueur et participé à l’encadrement de chaque étape de
cette thèse.
De plus, l’accueil favorable qui m’a été réservé par le groupe des Ecoulements industrielles
réactifs et diphasiques d’EDF R&D Chatou, me permettant de travailler dans de bonnes
conditions doit être rappelé et salué. En outre, je tiens à exprimer ma reconnaissance à
madame Isabelle Flour, dont la constante disponibilité ainsi que les conseils avisés m’ont
grandement aidée durant ces années et en particulier lors de la rédaction du mémoire.
Je veux ensuite remercier monsieur Jean Xavier Morin et Everest Perez d’ALSTOM Power
Boiler (Vélizy) pour leur participation dans ce travail, en particulier dans la réalisation du
programme expérimental sur la boucle à Lit Fluidisé Circulant de Compiègne. La présence
de monsieur Woody Fivelande d’ALSTOM Power Boiler (USA) fut, elle aussi, enrichissante
durant nos comités de thèse.
Je tiens aussi à évoquer monsieur Mourhad Hazi de l’Université Technologique de
Compiègne pour l’encadrement des stagiaires sur la boucle expérimentale à Lit Fluidisé
Circulant, ainsi que l’équipe technique de l’UTC, notamment Jérôme Orrier, Philippe, et les
stagiaires Yves Santiago, Lucie Marchal pour leur aide dans la réalisation des essais.
J’adresse toute ma reconnaissance au professeur Bo Leckner, de l’Université de Chalmers
(Suède) et à Eric Peirano, de l’ADEME-DER, pour avoir accepté d’être rapporteurs de cette
thèse. Enfin, que les professeurs Mehrdj Hemati, de l’Ecole Nationale Supérieure des
Ingénieurs en Arts Chimiques et Technologiques, et Pierre Guigon, de l’Université
Technologique de Compiègne, qui ont accepté de composer notre jury de ma thèse,
reçoivent mes plus sincères remerciements.
J’adresse une pensée à tous les amis et la famille, qui m’ont soutenue et permis de mener à
bien mes recherches.
5Table des matières générale
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

TABLE DES MATIERES

NOMENCLATURE 1
INTRODUCTION 5
CHAPITRE I 9

Synthèse bibliographique sur les phénomènes de comminution
dans le Lit Fluidisé Circulant :
approche Théorique et Expérimentale
__________________________________________________________________________
1 INTRODUCTION 12
2 COMBUSTION DU CHARBON EN LIT FLUIDISE CIRCULANT 13
3 LES ROCHES SEDIMENTAIRES : LE CHARBON, LE CALCAIRE 16
3.1 Les roches sédimentaires 16
3.1.1 Formation des roches sédimentaires 17
3.1.1.1 L'origine des roches sédimentaires 17
3.1.1.2 Le nom des sédiments et roches sédimentaires 19
3.1.1.3 La texture des roches sédimentaires 20
3.1.2 La classification des roches sédimentaires 21
3.1.2.1 Classification selon le faciès 21
3.1.2.2 Classification génétique 21
3.1.2.3 Classification physico-chimique 21
3.1.3 Exemples des roches chimique et biochimique 22
3.1.3.1 Calcaire 22
3.1.3.2 Roches siliceuses 22
3.1.3.3 Évaporites 22
3.1.3.4 Les dômes de sel 23
3.1.3.5 Les roches d’origine organique 23
3.2 Le charbon 24
3.2.1 Cycle de Carbone 24
3.2.1.1 Le cycle global du carbone 25
3.2.1.2 Le cycle du carbone organique 26
3.2.2 L’origine et la formation du charbon 29
3.2.3 Ressources mondiales et utilisation du charbon 31
3.2.4 Classification des charbons 33
iTable des matières générale
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3.2.5 Analyses classiques des charbons 33
3.2.5.1 Analyse immédiate 34
3.2.5.2 Analyse élémentaire 34
3.2.5.3 Analyse des cendres. 34
3.2.5.4 Pouvoir calorifique 35
3.2.6 Analyses plus approfondies 36
3.2.6.1 Pétrographie 36
3.2.6.2 Structure cristallographique du charbon 38
3.2.7 Autres caractéristiques possibles, (Centre du Pyrolyse de Marieneau) 38
3.2.7.1 Dilatométrie 38
3.2.7.2 Plastomé39
3.2.7.3 Mesure de la porosité 40
3.2.7.4 Mesure des surfaces spécifiques 41
3.3 Le calcaire 42
3.3.1 La composition, la classification et l’utilisation
3.3.2 Analyse des calcaires en application au LFC 46
3.3.3 Porosité des calcaires 47
3.3.3.1 Classifications de la porosité en fonction de la taille des pores 48
3.3.3.2 La porosité en fonction de la nature sédimento - diagénétique de la roche 49
3.3.3.3 Méthodes d’études de la porosité 52
4 LES PHENOMENES DE COMMINUTION 54
4.1 Comminution du charbon 54
4.1.1 Définition par le laboratoire de Naples (IRC-CNR Naples) 54
4.1.1.1 Définition de comminution (Chirone et al. (1991)), (IRC-CNR Naples) 54
4.1.1.2 e PAPSD et Ash Attrition (Cammarota et al. (2001, 2002)),
(IRC-CNR Naples) 56
4.1.2 Définition par le laboratoire de Vienne (TU Vienne) 57
4.1.3 Différences dans les protocoles expérimentaux 58
4.1.4 Comminution du charbon aux différentes étapes de la combustion 59
4.1.4.1 Dévolatilisation 59
4.1.4.2 Combustion hétérogène 59
4.1.5 Conclusion 63
4.2 Comminution du calcaire 63
4.2.1 Définition de Scala et al. (1997), IRC-CNR Naple 64
4.2.2 Définition en termes de réactions chimiques de désulfuration 66
4.2.2.1 Réaction de calcination 67
4.2.2.2 Réaction de sulfatation 67
4.2.3 Conclusion 71
4.3 Synthèse sur l’étude théorique de la comminution 72
5 ETUDES EXPERIMENTALES DE LA COMMINUTION 74
5.1 Les études expérimentales sur les installations d’échelle du laboratoire
74
5.1.1 Attrition du combustible et des cendres 75
iiTable des matières générale
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.1.1.1 Fragmentation primaire 75
5.1.1.2 Fragmesecondaire 75
5.1.1.3 Attrition par abrasion et fragmentation par percolation 76
5.1.1.4 Conclusion 78
5.1.2 Etude du concept de PAPSD 80
5.1.2.1 Les études de Cammarota et al. (2001, 2002) 80
5.1.2.2 L’étude de Winter et al. (2000) 81
5.1.2.3 Conclusion 82
5.1.3 Estimation de l’Attrition des cendres ou de FAPSD 82
5.1.3.1 Attrition des cendres, Cammarota et al. (2002), IRC-CNR Naples 83
5.1.3.2 Détermination de FAPSD, Winter et al. (2000), TU Vienne 83
5.1.3.3 Conclusion 84
5.1.4 Comminution du calcaire 85
5.1.4.1 Installation expérimentale et protocole d’essais pour l’étude de l’attrition du
calcaire 85
5.1.4.2 Résultats importants pour la Fragmentation primaire et l