Des chercheurs examinent les effets combinés de deux technologies de combustion sur les émissions de charbon

Jan 14, 2024

16 mars 2023

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par l'Université nationale de Pusan

Des centrales électriques au charbon sont en place depuis longtemps pour répondre à la demande mondiale de production d'électricité. Inutile de dire qu'il y a des préoccupations environnementales et de santé humaine à aborder sur ce front. Bien que des efforts soient déployés pour passer aux énergies renouvelables, les centrales électriques au charbon ne sont peut-être pas encore obsolètes.

Dans ce contexte, il est pertinent d'explorer comment l'efficacité de ces chaudières au charbon peut être améliorée tout en atténuant leurs effets nocifs sur l'environnement, à savoir les émissions de gaz à effet de serre, les pluies acides, la génération de smog photochimique et la santé humaine.

À cette fin, diverses méthodes de combustion telles que l'étagement de l'air et le flux tourbillonnaire ont été proposées. Cependant, l'efficacité de ces technologies pour atténuer les émissions de polluants tout en maximisant les performances d'épuisement est restée incertaine. Maintenant, dans une étude récente dans la revue Energy, une équipe internationale de chercheurs dirigée par le professeur Gyungmin Choi de l'Université nationale de Pusan, en Corée, a analysé l'efficacité de la combinaison du flux tourbillonnant et de l'étagement de l'air pour améliorer les performances de combustion et réduire la pollution.

"La structure du vortex du tube d'échappement (ETV) accompagnant le flux tourbillonnaire améliore la stabilité de la flamme et les performances de combustion, mais présente l'inconvénient de générer une grande quantité d'émissions de NOx. En revanche, la technologie d'étagement de l'air crée un environnement riche en carburant dans la zone de combustion primaire. , ce qui a un effet positif sur la réduction des NOx mais affecte négativement les performances de combustion », explique le professeur Choi. "Par conséquent, si ces deux technologies sont correctement combinées et appliquées dans la vie réelle, on peut s'attendre à un effet synergique qui réduit les émissions de polluants atmosphériques et améliore les performances de combustion."

En conséquence, l'équipe a utilisé à la fois des simulations et des expériences pour étudier les effets combinés de différentes configurations de tourbillon et d'étages d'air dans une chaudière à charbon pulvérisé de 16 kWth modernisée et alimentée par le bas. La chaudière à charbon était composée de trois sections : le brûleur à tourbillon, la chaudière et le tuyau d'échappement.

Pour la combustion étagée, l'air étagé était divisé en deux côtés et injecté tangentiellement dans la chaudière. Le gaz de pétrole liquéfié (GPL) a été utilisé pour le préchauffage et la stabilisation de la flamme. Les débits d'air étagé et de GPL ont été régulés et pour chaque réglage, la température a été mesurée à l'aide de thermocouples. De plus, la quantité d'espèces en phase gazeuse a été mesurée à l'aide d'un analyseur multi-gaz.

Les étages d'air avec deux configurations de tourbillon, à savoir les flammes co-tourbillonnantes et contre-tourbillonnantes, ont été évalués pour comprendre laquelle de ces configurations est la plus bénéfique en termes de réduction des émissions de polluants. Dans le cas du brûleur co-tourbillonnant, où l'air et le combustible circulaient dans le même sens, les particules de charbon étaient uniformément réparties en raison de la formation de la zone de circulation interne et de l'ETV, deux caractéristiques essentielles pour optimiser la conception des chaudières à charbon. chaudières.

De plus, l'équipe a observé une zone de combustion uniforme pour la configuration co-tourbillonnante, qui a assuré une combustion complète du carburant, réduisant les émissions d'espèces gazeuses. Il a également facilité une conversion accrue de l'énergie chimique en énergie thermique, augmentant l'efficacité de la combustion. En revanche, les brûleurs à contre-tourbillon ont montré une distribution inégale des particules de charbon, une combustion inégale et une augmentation des émissions de NOx, ce qui suggère qu'une configuration à co-tourbillon était la meilleure option.

De plus, l'équipe a montré que la technologie d'étagement de l'air réduisait les coûts environnementaux de 0,003 $ à 0,015 $ par jour.

Dans l'ensemble, les enseignements tirés de cette étude pourraient s'avérer extrêmement précieux pour résoudre les problèmes environnementaux et les risques pour la santé liés aux centrales électriques au charbon. "Nous avons identifié et étudié la structure et la flamme de l'ETV pour la première fois, et nous continuerons à rechercher et à nous efforcer de l'utiliser dans l'industrie basée sur la combustion", conclut le professeur Choi.

Plus d'information: Minsung Choi et al, Évaluation numérique de l'effet de la configuration du tourbillon et de l'environnement riche en carburant sur les caractéristiques de combustion et d'émission dans une chaudière à charbon, Énergie (2022). DOI : 10.1016/j.energy.2022.126591