Etude de la combustion de syngaz à haute teneur en vapeur d’eau dans une micro classique : Analyse des performances de combustion et impact sur les émissions polluantes

Les crises énergétiques successives mettent en lumière notre dépendance aux ressources fossiles. Pour autant, la demande en électricité et en chaleur ne cesse de croître tandis que les ressources fossiles s’épuisent par définition. Leurs perspectives de disponibilité à long terme, aggravée par les conflits majeurs internationaux engendrent de l’incertitude et des tensions sur le seul marché énergétique. Parallèlement, nous avons l’ambition de respecter l’Accord de Paris et réduire drastiquement nos émissions de gaz à effet de serre afin d’atteindre la neutralité carbone à l’horizon 2050. De plus, au-delà des engagements climatiques liés aux gaz à effet de serre, les normes en matière d’émissions polluantes se renforcent dans les politiques sanitaires globales. Les ressources renouvelables produites à base de déchets organiques que sont les syngaz sont de bons candidats à la poursuite des objectifs de diversification et de flexibilité énergétique, particulièrement dans un contexte de production décentralisée telle que l’utilisation de micro turbines à gaz dans une application de cogénération de faible puissance. L’objectif de ce travail est d’identifier le comportement combustible de syngaz à haute teneur en vapeur d’eau dans une chambre de combustion industrielle, originellement conçue pour le gaz naturel, en variant conjointement la teneur en vapeur d’eau du combustible ainsi que la distribution de puissance entre la flamme pilote et la flamme principale. Les résultats montrent le champ de vitesse et de température pour une gamme de distribution combustible pilote/principale ainsi que des prédictions précises sur le CO et les NOx. Il a été montré que les NOx sont particulièrement sensibles aux modifications de distribution de combustible et particulièrement à la richesse locale de la flamme pilote (augmentation de la fraction massique de syngaz dans la zone pilote pour une puissance thermique totale équivalente).

La richesse importante dans la zone pilote favorise la stabilité de la flamme mais rencontre des effets négatifs en augmentant la production de NOx apparaissant dans les zones à très hautes températures.

Il est également montré qu’une teneur en vapeur d’eau plus importante diminue la température globale de la chambre de combustion, pour une même puissance thermique totale injectée, abaissant sensiblement la production de NOx du système. Ces résultats obtenus pourront servir de références dans la caractérisation de gammes étendues de de compositions de syngaz ainsi que de plages de fonctionnement contrôlant la distribution de combustibles flamme pilote/principale vis-à-vis de la stabilité de combustion et des émissions de polluants. Ces spécifications sur une chambre de combustion permettront d’évaluer les points de fonctionnement optimaux pour un cycle complet d’application de cogénération, ce qui permettra d’exploiter entièrement leur potentiel de flexibilité pour des systèmes de faible puissance.