Combustibles fossiles propres

La chambre de combustion verticale

La chambre de combustion verticale

Notre chambre de combustion verticale est la plus grande et la plus perfectionnée des installations de ce genre au monde. Des études ont permis d’améliorer les façons de capter le CO2 afin de réduire les gaz à effet de serre et les émissions des précurseurs des pluies acides, c. à d., SOx, NOx et cendre volante provenant de la combustion du charbon. Le recyclage du gaz de carneau offre un moyen de capter le CO2 sans devoir diluer les gaz résultants avec de l’azote et en évitant le besoin de séparer le gaz après la combustion. La chambre de combustion verticale de 1 million de BTU/h de CanmetÉNERGIE fonctionne à des températures pouvant atteindre 1 800 oC. L’installation est très flexible. Elle est conçue pour brûler du charbon, du gaz naturel ou de l’huile et elle peut être modifiée pour accepter d’autres combustibles.

Four tunnel de recherche sur la flamme

Le four a été conçu en tant qu’installation versatile pour s’adapter à l’étude de l’aérodynamique de la combustion, du rendement du brûleur, de la caractérisation des polluants par rapport aux propriétés de la flamme, et du transfert calorifique de celle-ci. Le four mesure 5,25 m de long et 1 m de diamètre. Bien que dans la majorité des essais, l’installation fonctionne à une valeur nominale d’environ 1,5 GJ/h et contrôle de 3 % à 5 % du niveau d’oxygène en excès dans le gaz de carneau, le four a été conçu pour supporter des apports de chaleur de 0,7 MW (2,5 GJ/h) et il peut être alimenté dans une gamme de conditions de rendement de la flamme.

Chaudière expérimentale à l’échelle pilote

Notre chaudière expérimentale est un four en forme de U ayant un puits vertical doublé de matériaux réfractaires et une chaudière à vapeur verticale raccordée par le bas à l’aide d’un tunnel horizontal doublé de matériaux réfractaires. Il est alimenté par 2 brûleurs identiques qui peuvent être placés dans 3 positions de base appelées la configuration I, J ou U. Le four fonctionne normalement à 1,5 GJ/h afin de réduire l’exigence globale de consommation de carburant pour chaque essai.

Laboratoire d’évaluation des combustibles et des émissions

L’un des principaux secteurs de recherche est l’évaluation et la mise au point de technologies de combustion pour différents combustibles, y compris les combustibles renouvelables et non conventionnels pour une production énergétique propre et efficace. Nos chercheurs ont mis au point de nouvelles méthodes d’évaluation et défini les caractéristiques de combustion du mazout des résidus du pétrole, du biodiesel et des biocombustibles conventionnels, pour n’en nommer que quelques-uns.

Un autre secteur de recherche concerne la conception de méthodes novatrices pour mesurer les émissions toxiques. Notre équipe a mis au point une nouvelle mesure en ligne et en temps réel de la méthode de mesure des espèces de mercure pour les mesures à l’émission des centrales électriques alimentées au charbon et une nouvelle mesure de la dilution de la source pour les PM 2.5 qui fournit des données réalistes sur la pollution de l’air comparables à la matière particulaire dans l’air que nous respirons en milieu urbain.

Système de combustion sur lit fluidisé

Ce système de combustion exploite la combinaison de la combustion à haute efficacité de combustibles de faible qualité avec les émissions réduites de dioxydes de soufre et de dioxydes d’azote (SOx et Nox). Ce laboratoire particulaire est doté d’appareils spécialisés nécessaires pour la recherche sur la combustion sur lit fluidisé comme un système de combustion sur lit fluidisé circulant à l’échelle pilote avec une surface de lit de près de 0,12m2 et un système de combustion sur lit fluidisé à bulles à petite échelle (0,78m2) pour étudier la corrosion, l’érosion et le sort de métaux-traces dans les charges d’alimentation. Le système de combustion sur lit fluidisé à bulles est conçu pour fonctionner à des températures pouvant atteindre jusqu’à 1 100 ºC et à des vitesses de gaz superficielles pouvant atteindre jusqu’à 2 m/s.

Laser CARS

Nous avons mis au point une technique de mesure non intrusive, connue comme étant la technique de spectroscopie CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Spectroscopy), qui sert à déterminer la nature des espèces chimiques de la flamme et à surveiller sa température. La technique CARS permet d’aider les fabricants à concevoir des systèmes de brûleur qui peuvent recevoir une gamme étendue de combustibles solides et gazeux.

La technologie CARS fait appel à des faisceaux laser pour, de façon non intrusive, mesurer la température et la concentration des espèces chimiques à tout point de l’enveloppe de la flamme. Le laser permet de montrer précisément ce qui se passe dans chaque élément de la flamme, même lorsque les conditions évoluent rapidement dans un court laps de temps à l’intérieur de l’enveloppe de la flamme. Il est peu probable que les sondes d’échantillonnage intrusif habituel puissent permettre le même travail, alors que le procédé en lui-même risque de perturber la chimie de la flamme et de fausser les résultats recherchés.

Laboratoire de modélisation par ordinateur

Il existe actuellement un programme relatif aux techniques de pointe de la simulation de la combustion apte à répondre aux besoins de l’industrie. Cette capacité de modélisation permet de prévoir le rendement de l’équipement de combustion, incluant : les caractéristiques de la combustion, les émissions de NOx, la consommation de combustibles, le transfert de chaleur et l’écoulement des fluides. Nous nous consacrons au perfectionnement de la technologie liée à la simulation de la combustion grâce aux liens de collaboration établis avec le secteur privé et la communauté de la recherche.

Notre capacité de simulation de la combustion est le produit des efforts déployés pendant 20 ans de travaux de recherche et de collaborations avec le milieu universitaire et les développeurs de logiciels commerciaux. Son développement est basé sur les travaux amorcés par l’University of London’s Imperial College, l’University of Waterloo et ANSYS Canada Ltd. Il peut simuler le rendement des chaudières destinées à des services publics, des fours industriels, des chambres de combustion ou des fours ouverts de formes variées admettant différents combustibles.

 

La chambre de combustion verticale : Notre chambre de combustion verticale est la plus grande et la plus perfectionnée des installations de ce genre au monde. Des études ont permis d’améliorer les façons de capter le CO2 afin de réduire les gaz à effet de serre et les émissions des précurseurs des pluies acides, c. à d., SOx, NOx et cendre volante provenant de la combustion du charbon.

Installation de recherche sur la gazéification

Nous abritons les plus importantes installations de recherche et développement du Canada dans le domaine de la gazéification. Les procédés de gazéification constituent la prochaine génération de systèmes de production d’énergie fondés sur les matières solides d’alimentation.

La gazéification permet de décomposer presque toutes les matières d’alimentation à base de carbone en ses éléments de base. De plus, elle rend possible la séparation des matières polluantes et des gaz à effet de serre en vue de la production de gaz épurés servant à la fabrication à haut rendement énergétique d’électricité, de substances chimiques, d’hydrogène et de combustibles fossiles.

Installation d’essai des torchères

Son principal objectif est de permettre la caractérisation de l’efficacité de la combustion et des émissions générées par les torchères existantes qui brûlent du gaz résiduel à des puits de pétrole. Les conditions de vent et la composition du gaz brûlé à la torchère influent sur le rendement de celle-ci. Étant donné le faible mélange de l’air et du gaz brûlé à la torchère, les torchères actuelles génèrent des quantités importantes de polluants. En Alberta, il y a plus de 5 000 torchères. L’installation d’essai des torchères de CanmetÉNERGIE permet d’évaluer les becs de torcères existants et ceux en cours de perfectionnement afin d’améliorer la combustion et de réduire les émissions.

L’installation parvient très bien à simuler des torchères réelles. Il s’agit essentiellement d’une soufflerie où se déroule la combustion des torchères. Toutes les émissions gazeuses sont captées et mesurées avec précision. L’installation est très flexible – elle est munie de ventilateurs à vitesse variable qui peuvent simuler différentes conditions du vent; mettre à l’essai une gamme de hauteurs et de diamètres de torchères; avoir une composition variée de gaz brûlé à la torchère. Les conditions d’allumage sont entièrement automatisées et tous les paramètres sont contrôlés par ordinateur.

Four rotatif

Le four rotatif à échelle pilote convient parfaitement à la réalisation d’études relatives à l’amélioration des procédés tels que la combustion des déchets et la mesure des émissions de mercure (Hg); le grillage, le frittage et la calcination des minéraux; le séchage thermique des combustibles solides, des boues et des concentrés. Le four rotatif mesure 4,27 m de longueur et ses diamètres intérieur et extérieur sont respectivement de 0,41 m et de 0,66 m. Le revêtement intérieur est composé de matériau réfractaire coulé, résistant à la corrosion et aux températures élevées (jusqu’à 1 200 oC). Le four est muni de barres de soulèvement, aussi composées de matériau réfractaire, afin d’en assurer l’alimentation continue et rapide et d’établir un contact étroit entre le gaz et les solides.

Unité de plasma froid

Nous visons à mettre au point le réacteur PCRS (Plasma Corona Radical Shower) à l’échelle laboratoire afin d’obtenir un outil industriel robuste et rentable qui permet de réduire efficacement les émissions de SO2, NOx et de Hg. L’installation est munie d’un dispositif d’alimentation en charbon pulvérisé par gravité, d’un four de combustion du charbon d’une capacité thermique de 100 000 Btu/h, d’échangeurs thermiques à chemise d’eau, d’un dépoussiéreur à sacs filtrants, d’un réacteur PCRS, d’un dépoussiéreur électrostatique à haute efficacité, d’un ventilateur à tirage induit, d’un système automatisé de commande d’allumage, de chauffage et de surveillance, et d’analyseurs de gaz et de matière particulaire.