Ignition et oxydation des particules de combustible solide pulvérisé Ignition and Oxidation of Pulverized Solid Fuel

• Main Author: De Soete G. G.
• Format: Article
• Language: English
• Published: EDP Sciences 2006-11-01
• Series: Oil & Gas Science and Technology
• Online Access: http://dx.doi.org/10.2516/ogst:1985041

On présente dans cet article, en utilisant la méthode du ruban chauffé, une étude de la compétition entre (1) la dévolatilisation et l'oxydation consécutive des produits de pyrolyse et (2) l'ignition de la matrice solide et sa combustion rapide. La comparaison entre le moment de l'ignition et le début de la pyrolyse permet de déterminer en fonction de la température, de la taille des particules et de la concentration en oxygène, le domaine dans lequel l'ignition d'un combustible solide pyrolysable est du type whole coal ignition (c'est-à-dire lorsque l'ignition intervient avant que la pyrolyse devienne mesurable). Les résultats suggèrent que ce type d'ignition doit s'effectuer en règle générale dans les conditions de mise en oeuvre des combustibles solides pulvérisés dans les flammes industrielles. Dans le cas de l'ignition whole coal , la vitesse de combustion de la matrice solide est inhibée dans la période qui suit l'ignition. Cette inhibition est due d'une part à la difficulté pour l'oxygène de diffuser dans les pores pendant la sortie des produits de pyrolyse, et d'autre part à la consommation préférentielle de l'oxygène dans l'oxydation des produits de pyrolyse, principalement dans le cas où cette oxydation se développe sous forme de flamme. Ce n'est que lorsque la pyrolyse s'achève que la vitesse de combustion hétérogène peut atteindre sa valeur stationnaire normale, qui est alors pratiquement identique à celle du coke. Aux températures situées entre la température d'ignition du combustible solide et la température d'extinction du coke résiduel, la combustion est incomplète, une extinction intervenant à un degré de dévolatilisation d'autant plus grande que la température est élevée. Ce phénomène s'explique qualitativement par la théorie classique d'ignition thermique lorsqu'on l'applique au cas particulier des combustibles solides pyrolysables. Les températures d'ignition ainsi que les délais d'ignition ont été déterminés pour un grand nombre de combustibles solides de rang inférieur et supérieur (charbons, cokes, asphaltènes, suies, bois, graphite). L'étude de la vitesse expérimentale de la combustion hétérogène, notamment l'étude de la température apparente d'activation, et sa dépendance par rapport à la taille des particules et à la concentration d'oxygène, montre que, dans les conditions des essais, cette combustion est contrôlée par la désorption du CO et se déroule principalement en régime cinético-diffusionnel mixte. L'étude de la dépendance des délais d'ignition par rapport à la température, la taille des particules et la pression partielle d'oxygène, suggère que, pendant ces délais, les réactions se déroulent en régime cinétique pur et que le produit des réactions de désorption est principalement le CO. <br> The heated-grid method is used to investigate the competition between (1) the devolatilization and subsequent oxidation of pyrolysis products and (2) the ignition of the solid matrix and its rapid combustion. A comparison between the instant of ignition and the start of pyrolysis is used to determine the range in which ignition of a pyrolyzable solid fuel of the whole coal ignitiontype (i. e. when ignition occurs before pyrolysis becomes measurable) occurs as a function of temperature, particle size and oxygen concentration. The results suggest that this type of ignition might occur, as a general rule, under conditions involving pulverized solid fuels in industrial flames. In the case of whole coalignition, the rate of combustion of the solid matrix is inhibited during the period following ignition. This inhibition is due partly to the difficulty oxygen has of spreading through the pores during the discharge of pyrolysis products and partly to preferential oxygen consumption during the oxidation of pyrolysis products, mainly when this oxidation develops in the form of flames. t is only when pyrolysis ends that the rate of heterogeneous combustion can reach its normal steady state, which is practically the same as that of char. At temperatures between the ignition temperature of the solid fuel and the extinction temperature of residual char, combustion is incomplete and extinction occurs at a devolatilization degree that is all the greater as the temperature is high. This phenomenon can be qualitively explained by the standard thermal ignition theory when it is applied to the specific case of pyrolyzable solid fuels. Ignition temperatures as well as ignition delays have been determined for a great many lower- and higher-rank solid fuels (coals, cokes, asphaltenes, soot, wood, graphite). An analysis of the experimental rate of heterogeneous combustion, and especially of the apparent activation temperature, and its dependency with regard to particle size and oxygen concentration, shows that this combustion is controlled under test conditions by CO desorption and that it occurs mainly in the mixed kinetico-diffusional regime. Investigations of the dependency of ignition delays with regard to temperature, to particle size and to oxygen partial pressure suggest that reactions occur in a pure kinetic regime during such delays and that the desorption reaction product is mainly CO.