Étude et modélisation de fours à gaz sidérurgiques en vue d améliorer leur efficacité énergétique

Les fours industriels à gaz présentent un potentiel important de réduction de consommation d'énergie. L'amélioration de l'efficacité énergétique des fours passe par une modification du type de récupération sur les fumées. Suivant l'application, un choix optimal de brûleur est nécessaire. Le but de la thèse est de quantifiER l'effet d'un changement de brûleur sur la qualité du produit, la consommation et la productivité du four. Une étude expérimentale comparative de trois brûleurs industriels à gaz naturel a été menée sur une cellule expérimentale de 200 kW. Sur différents points de la cellule, dans le plan du brûleur, la composition des fumées (O2, CO2, CO, NO, NO2, NOx), le champ de température, le flux total et le flux radiatif sont relevés pour des brûleurs régénératif, auto récupérateur ET auto régénératif. Pour chaque type de brûleur, différents modes de fonctionnement sont testés en variant la température du four, l'excès d'air, le mode de flamme, la puissance du brûleur et la température de préchauffage du comburant. Les mesures effectuées sont corrigées par modélisation de d'outil de mesure et par méthode inverse. Les mesures corrigées sont utilisées pour valider les choix de fermeture de la résolution des équations de la turbulence, de combustion et du rayonnement du modèle CFD détaillé pour chaque brûleur. La validation est basée sur une comparaison du modèle CFD et des données expérimentales de température et de composition des espèces chimiques. Sur la base des modèles CFD validés, une méthode générique de représentation de la flamme sous forme de volumes d'émission est mise en place. La méthode consiste à reproduire l'effet radiatif de la flamme par une série de volumes d'émission sous forme de cylindres concentriques. La méthode permet de représenter la flamme en vue d'une modélisation dynamique rapide de four sous forme de réseaux de composants. Enfin, un four de réchauffage de tube est étudié dans le cadre de la réhabilitation et une étude comparative entre les trois types de brûleurs est menée. La comparaison porte sur la qualité du produit, l'efficacité énergétique et la productivité du four.PARIS-MINES ParisTech (751062310) / SudocSudocFranceF