FIN DEBUT
IV.2.2.2 Générateur de vapeur
JP TAGUTCHOU (2008) / Thèse / Gazéification du charbon de plaquettes forestières : particule isolée et lit fixe continu 148
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L'atmosphère réactive est constituée d'un mélange gazeux constitué de fumées de combustion du propane (O2, CO2, H2O, N2) d'une part et d'un ajout de vapeur d'eau fournie par un générateur de vapeur d'eau d'autre part.
IV.2.2.1 Chambre de combustion
La chambre de combustion est constituée de 2 brûleurs de 15 kW permettant de fournir l'énergie nécessaire pour le chauffage du réacteur ainsi que pour la conduite de la réaction de gazéification.
Chacun des deux brûleurs est disposé tangentiellement à la paroi de la chambre et protégé dans deux fourreaux en béton réfractaire. Cette disposition retenue à la suite de plusieurs tests a pour but de créer un régime tourbillonnaire aux flammes et aux gaz provenant des deux brûleurs, permettant ainsi d'assurer une bonne homogénéité du mélange gazeux avant son entrée dans le réacteur (Figure 66).
La chambre elle même est construite à l'aide de plaques rigides de laine céramique servant en même temps d'isolation thermique. Une pièce en béton réfractaire sert de protection thermique du réacteur contre les très fortes températures existant dans cette zone.
Cette pièce, sous forme de disque de 10 cm d'épaisseur et de 20 cm de hauteur, est directement posée au dessus du réacteur (Figure 66).
L'alimentation des brûleurs en gaz (air et propane) est contrôlée de façon précise par deux débitmètres massiques respectivement étalonnés pour le propane et l'air (M). La puissance des brûleurs est réglée par le débit de propane. Le débit d'air fixe le pourcentage d'excès d'air dans les fumées de combustion. Cet excès d'air va permettre d'alimenter de l'oxygène dans le gaz réactif. Ceci permettra la combustion d'une petite fraction du char dans le réacteur, fournissant ainsi une partie d'énergie nécessaire pour la gazéification.
IV.2.2.2 Générateur de vapeur
Le générateur de vapeur (Figure 67) a été dimensionné pour fournir jusqu'à 6 kg/h de vapeur d'eau à une température pouvant atteindre 1050°C. Il est constitué d'un four et d'un échangeur, et équipé d'un système de commande.
Le four est une chambre chauffée électriquement avec une puissance installée de 10 kW et dont la température intérieure peut atteindre 1150°C. Il est assez encombrant (dimension extérieure : 700 mm x 880 mm x 1600 mm) et sa masse avoisine les 350 kg.
L'évaporateur est un échangeur constitué d'un tube en "Inconel 600"(7) de 10 mètres de longueur, de 20 mm de diamètre extérieur et de 16 mm de diamètre intérieur. Il est roulé sous forme de serpentin (Figure 67) et placé dans le four. L'eau liquide entre dans le serpentin par
(7) L'inconel est un super-alliage constitué principalement de nickel, mais aussi des métaux tels que le chrome, le magnesium, de fer et le titane ; il est extrêmement résistant à la corrosion et résiste à des températures supérieures à 800°C.
sa partie inférieure et en ressort par la partie supérieure sous forme vapeur à la température de consigne. La partie du tube sortant du four a une longueur de 1425 mm; elle est tracée thermiquement sur une longueur de 1200 mm jusqu'à la bride de raccord au réacteur.
L'eau utilisée provient du réseau domestique. Elle est préalablement purifiée à l'aide d'un déminéralisateur d'eau à lit mélangé. Cet équipement permet de produire de l'eau déminéralisée par échange d'ions. Suivant ce principe, tous les sels dissouts ainsi que les acides carbonique et silicique contenus dans l'eau domestique sont supprimés avant son entrée dans le préchauffeur. Ceci permet de prévenir les risques de corrosion du tube d'évaporation/préchauffage et de garantir une vapeur d'eau pure sans d'autres éléments susceptibles de perturber le processus de gazéification.
Le débit de vapeur est contrôlé et régulé à l'aide d'un débitmètre volumique à affichage numérique. Il est placé après le déminéralisateur et permet de contrôler des débits d'eau liquide de 0 à 6 kg/h (~100 cm3/min à 20°C et 1 atm). En fonction des conditions ambiantes de température et de pression, ce débit volumique est automatiquement calculé et régulé afin de s'affranchir des incertitudes de mesures de débit qu'aurait pu causer la variation de la masse volumique de l'eau liquide due aux conditions ambiantes. La régulation peut se faire manuellement ou via un logiciel servant d'interface avec l'utilisateur.
En définitive, le contrôle des paramètres de combustion (% excès d'air, température des fumées, débits air et propane) et du débit supplémentaire de vapeur d'eau permettent de définir précisément les paramètres opératoires (vitesse débitante des gaz, concentrations des gaz réactifs, température dans la chambre) nécessaires au contrôle du procédé de gazéification.
--- JP TAGUTCHOU (2008) / Thèse / Gazéification du charbon de plaquettes forestières : particule isolée et lit fixe continu 150
Figure 67 : Générateur de vapeur (A): Aperçu général
(C) : Echangeur en Inconel
Vapeur d'eau
Eau liquide
(B) : Aperçu intérieur du four
Eléments Chauffants
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Le réacteur CFiBR est conçu sur le principe d'un "lit fixe à fonctionnement continu", la hauteur du lit devant rester constante au cours de la gazéification. Pour ce faire, l'alimentation tout comme le décendrage doivent se faire en continu ou en semi-continu.