Analyses expérimentales et numériques des émissions polluantes gazeuses et particulaires issues de la combustion biomasse

Dans le contexte environnemental actuel, la biomasse présente un intérêt grandissant en raison de son bilan carbone. Cependant, il est nécessaire d’évaluer son impact sur la qualité de l’air. La combustion d’une chaudière biomasse (pellets) de 10 kW est caractérisée en régime nominal. Différents types de capteurs (thermocouples, débitmètres, capteurs d’humidité relative) sont installés dans la conduite des fumées. Les émissions de particules sont mesurées via un spectromètre EEPS, le long de la cheminée de la chaudière pour mesurer la distribution en taille et la concentration des particules de les fumées. Des mesures sont réalisées à différentes positions de la cheminée pour évaluer l’évolution de la distribution, le dépôt et l’agglomération dans la conduite. Les émissions gazeuses sont obtenues par spectroscopie infrarouge (CO, CO2, O2) et par un détecteur à ionisation de flamme d’hydrogène (HCT).  Au niveau des émissions particulaires, des différences significatives sont observées entre l’entrée et la sortie de la cheminée, avec une concentration moyenne en nombre de particules passant de 51 millions/cm3 à 39 millions/cm3 et un diamètre médian passant de 50,7nm à 58,1nm. Cette baisse de concentration et l’augmentation du diamètre médian peuvent s’expliquer à la fois par des phénomènes de dépôt sur la paroi le long de la cheminée et l’agglomération des particules nanométriques au cours de leur progression. Les émissions de gaz polluants sont relativement stables. La fraction molaire de CO est en moyenne de 465 ppm tandis que la fraction molaire de HCT est de l’ordre de 33ppm. Ces valeurs varient respectivement de 40 % et 50 % sur l’ensemble des 8 essais analysés. Les résultats mettent en évidence une forte corrélation temporelle entre l’émission de ces deux gaz. Les résultats obtenus sur les émissions de particules sont comparés à la déposition obtenue par une simulation CFD utilisant une fermeture de type RANS v2f et un modèle de dispersion particulaire. La simulation prend en compte les effets thermiques et la dispersion turbulente des particules avec un modèle DRW. Des similitudes sont mises en évidence quant à l’évolution de la distribution granulométrique et du nombre total de particules le long de la cheminée.

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