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Conception et caractérisation d'un montage expérimental de combustion d'huile de pyrolyse

Elcadhi, Salha (2017). Conception et caractérisation d'un montage expérimental de combustion d'huile de pyrolyse. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce travail a pour objectif de développer et de valider un montage expérimental permettant d’étudier la combustion de la bio-huile et de caractériser ses émissions polluantes. Il s’inscrit dans le cadre d’un projet global visant à valoriser les résidus agricoles des entreprises serricoles québécoises en bio-huile par voie de pyrolyse rapide et à brûler cette bio-huile dans les chaudières de chauffage des serres présentement utilisées. Dans l’optique d’assurer une transition énergétique et de diminuer les coûts d’adaptation de ces chaudières, il a été convenu que le mélange bio-huile et diesel constitue une alternative prometteuse.

Le banc d’essais de combustion a été conçu en considérant les caractéristiques physicochimiques de la bio-huile ainsi que les diverses techniques pouvant améliorer la combustion (e.g. préchauffage de l’air de combustion ainsi que de la bio-huile, type d’injection, génération de Swirl). L’assemblage du montage expérimental a été réalisé au laboratoire TFT de l’ÉTS. Son étalonnage a été effectué en incluant les différentes mesures préliminaires et méthodes de calcul nécessaires à la collecte des résultats de la combustion.

La caractérisation du montage expérimental a été établie à travers une série de tests de combustion de diesel. Les paramètres de fonctionnement étudiés sont : le débit d’air d’atomisation, la position de prise des échantillons, le nombre de Swirl et le débit du diesel. Les émissions polluantes gazeuses (CO2, CO, C3H8, HCHO, NO et NO2) ont été analysées en utilisant un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Cette caractérisation a permis de comprendre l’influence des paramètres de combustion ainsi que la tendance générale des émissions polluantes gazeuses. Les résultats expérimentaux montrent qu’un Swirl maximal (i.e un écoulement complètement tangentiel) permet d’améliorer la qualité de la combustion. Ainsi, un état de référence correspondant à la meilleure combustion avec un minimum d’imbrûlés a été déterminé pour un nombre de Swirl maximal et un débit de diesel de 0.5 LPH. Enfin, une analyse des particules émises sous les conditions de l’état de référence a été effectuée en utilisant un spectromètre de mobilité électrique (SMPS).

Une méthode d’émulsification bio-huile/diesel ainsi qu’une procédure expérimentale permettant d’étudier sa combustion ont été proposées. Les conditions de l’état de référence ainsi déterminé peuvent être utilisées pour la combustion des mélanges bio-huile/diesel.

Titre traduit

Experimental rig desgin and characterization for bio-oil combustion

Résumé traduit

This work objective is to develop and validate an experimental set-up enabling the combustion of bio-oil as well as the characterization of its pollutant emissions. It is part of a global project aiming at recycling Quebec's greenhouses agricultural residues to produce a bio-oil and at burning this bio-oil in boilers used to heat the greenhouses. In order to ensure an energy transition and to reduce the conversion costs of these boilers, it was agreed that a mixture of bio-oil and diesel could be considered as a promising alternative.

The combustion test rig has been designed taking into account the bio-oil characteristics and the various techniques that can improve its combustion (e.g. preheating of combustion air as well as bio-oil, type of injection, generation of Swirl). The experimental set-up assembly was carried out in the TFT laboratory at ÉTS. Its calibration was carried out and include preliminary measurements and calculation methods required to collect combustion’s results.

The characterization of the experimental set-up has been achieved through a series of diesel combustion tests. The operation parameters being studied were the atomization air flow rate, the probe sampling position, the Swirl number and the diesel flow rate. The gaseous pollutant emissions (CO2, CO, C3H8, HCHO, NO and NO2) were analyzed using a Fourier Transform Infrared Spectrometer (FTIR). This characterization allowed understanding the influence of combustion parameters variation as well as the gaseous pollutant emissions overall tendency. The experimental results show that a maximum Swirl (i.e. completely tangential flow) improves the quality of combustion. Thus, a reference state allowing a better combustion with a minimum of unburned gaseous species has been found for a maximum Swirl number and a diesel flow rate of 0.5 LPH. Finally, an analysis of the particulate matters emitted under the reference stage conditions was carried out using a Scanning Mobility Particle Sizer Spectrometer (SMPS).

A bio-oil/diesel emulsion method and a combustion experimental procedure were proposed. The reference state conditions can be used for the future bio-oil/diesel blends combustion.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Bibliographie : pages 85-90.
Mots-clés libres: Huile de pyrolyse Combustion. Huile de pyrolyse Analyse. Huile de pyrolyse Essais. Transition énergétique. bio-huile, diesel, analyse des gaz, analyse des particules
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Seers, Patrice
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Godbout, Stéphane
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 08 mai 2017 17:38
Dernière modification: 08 mai 2017 17:38
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1883

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