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Développement d’une Torche à Arc Triphasée de 100 kWe pour l’Assistance à la Combustion (TAT.C)


Enjeux

Dans le contexte actuel d’épuisement des ressources énergétiques fossiles et du réchauffement climatique, la production d’énergie par combustion de combustibles solides renouvelables pauvres (biomasse et déchets) présente un intérêt croissant.

 

Cependant, les brûleurs conventionnels ne sont pas adaptés à ces combustibles. Une solution consiste à utiliser une assistance plasma.

 

Le rôle du plasma est double, il permet d’apporter une fraction d’énergie thermique contrôlable et indépendante de la combustion, et favorise les mécanismes de la combustion par accroissement de la réactivité. PERSEE travaille depuis une vingtaine d’années au développement d’une technologie plasma triphasée originale à électrodes en graphite, initialement conçue pour fonctionner dans des conditions non-oxydantes.

 

L’objectif du projet CARNOT était d’adapter cette technologie pour un fonctionnement en conditions oxydantes (air).

Contacts
Directeur du centre : Arnaud Rigacci
Tél. : (00) 04 93 95 74 94
Adresse : Rue Claude Daunesse, B.P. 207 06904 Sophia-Antipolis Cedex

Compétences développées

La démarche a été menée en parallèle sur les plans théorique et expérimental.
Au niveau théorique, nous avons développé des modèles fluides CFD / MHD pour optimiser la géométrie de la torche et identifier les conditions d’écoulement optimales pour minimiser l’érosion des électrodes en graphite et maximiser le rendement électrothermique.
Au niveau expérimental, grâce au savoir-faire technologique de l’équipe, nous avons développé une torche plasma triphasée prototype fonctionnant à l’air, d’une puissance de 100 kWe.

Impacts et persectives

Ce projet a permis de développer un nouveau type de torche plasma triphasée fonctionnant à l’air et d’élargir ainsi le domaine d’application de la technologie TAT.


Suite à ces résultats nous avons initié une collaboration avec une PME de la région PACA (société TOURNAIRE S.A.) dans la perspective de poursuivre le développement de cette technologie (TRL 4 ⇒ TRL 6). (Financement d’une thèse de doctorat 2012-2015)


Une étude technico-économique financée par GDF SUEZ visant à évaluer le potentiel de cette technologie a été engagée dans le cadre du Mastère Spécialisé ALEF.
Un projet européen pour le développement d’un électro-brûleur intégrant la technologie TAT est en cours de préparation entre GDF SUEZ, ARMINES et TOURNAIRE S.A. et sera soumis en septembre 2014.

Résultats

Le développement de la Torche plasma à Arc Triphasée (TAT) a été finalisé selon les spécifications initiales, à savoir :

  • Une puissance nominale de 100 kWe avec un rendement électrothermique supérieur à 80%
  • Des vitesses de gaz en sortie de torche de l’ordre de 10 m.s-1 à 2500 K et des débits de 60 Nm3.h-1
  • Un taux d’érosion des électrodes en graphite de l’ordre de ceux obtenus en conditions neutres (quelques g.h-1)

Parallèlement, une étude CFD de l’écoulement plasma dans la torche a été réalisée pour optimiser la géométrie de la torche et évaluer la robustesse et l’influence des principaux paramètres.


Ces travaux ont donné lieu à trois communications dans des conférences nationales et internationales ainsi qu’un article dans un journal scientifique de rang A.

Travailler avec l'institut Carnot M.I.N.E.S

Selon les besoins exprimés et la spécificité de chaque projet, six types de partenariats sont possibles :

  • la recherche directe (du projet court au programme de recherche pluriannuel) ;
  • la recherche collaborative ;
  • des tests et essais sur des plateformes technologiques ;
  • du conseil et de l’expertise ;
  • des laboratoires communs ;  
  • thèse CIFRE

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