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Thèse présentée à

Université de Rouen

Discipline : Physique
Spécialité : Energétique.

Par

Xiaofang YOU

Soutenue le 26 octobre 2005

Modélisation et étude expérimentale de la combustion du charbon pulvérisé. Formation d’hydrocarbures aromatiques polycycliques.
Jury

Directeurs de thèse :
Professeur Mikhael GOROKHOVSKI et Professeur Kefa CEN

Rapporteurs :
Aimin LI, Professeur, Dalian University of Technology, Dalian, China
Fred LOCKWOOD, Professeur, Imperial College, Londre, UK
Sylvain SALVADOR, Professeur, Ecole des Mines d’Albi

Examineurs :
Kefa CEN, Professeur, Zhejiang Unversity, Hangzhou, China
Ashwin CHINNAYYA, Maître de Conférence, Université de Rouen
Mikhael GOROKHOVSKI, Professeur, Université de Rouen
Pierre PLION, Ingénieur de Recherche, EDF
Jianhua YAN, Professeur, Zhejiang University, Hangzhou, China

Résumé
La thèse traite de la modélisation et de l’étude expérimentale de la combustion du charbon pulvérisé et de la formation des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP). Les améliorations du modèle basé sur l’approche KIVA II sont validées.
Tout d’abord, on traite du transport turbulent de particules solides dans un canal rectangulaire. Le formalisme initial est augmenté d’un modèle de collision particules-paroi : concept de virtual wall.
Puis on traite de la combustion d’un jet turbulent d’un mélange air/charbon, stabilisée par des gaz chauds. Un panel de sous modèles a été implémenté : dévolatilization, oxydation des matières volatiles et du résidu carboné.
Ensuite, un nouveau schéma cinétique global à deux étapes pour la production des HAP est proposé. Une expérience construite à l’Université de Zhejiang, consiste en un lit fixe de particules de charbon placé dans un four tubulaire. La comparaison résultats numériques/ expérience, nous permet de valider l’approche proposée.

Mots-clés : combustion, diphasique, turbulent, charbon pulvérisé, HAP, Chromatographie gaz.

MODELLING AND EXPERIMENTAL STUDY OF PULVERIZED COAL COMBUSTION. FORMATION OF POLYCYCLIC AROMATIC HYDROCARBONS

Abstract
The thesis deals with the modelling and the experimental study of pulverized coal and the formation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). The improvements of the model based on KIVA II are validated.
At first, the modelling of turbulent transport of solid particles in a rectangular channel is performed. A particle-wall collision model, based on the virtual wall concept is introduced. Then we simulate the combustion of a turbulent jet of air/coal, which is stabilized by hot gases. Sub-models of coal combustion : devolatilization, oxidation of volatile matter and char have been implemented in the code and validated.
A new global two-step kinetic model is proposed for PAHs formation from coal combustion. An experiment has been built at the Zhejiang University. It consists of a fixed bed of coal particles in a tubular furnace. The comparison of numerical results and experiment enables us to validate this approach.

Keywords : combustion, two-phase, turbulent, pulverized coal, PAHs, Gas chromatography.

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