Modélisation mathématique de la formation des NOx et de la volatilisation des métaux lourds lors de l'incinération sur grille d'ordures ménagères

par Abhishek Asthana

Thèse de doctorat en Science et ingénierie des matériaux

Sous la direction de Fabrice Patisson et de Philippe Sessiecq.

Soutenue le 06-05-2008

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL , dans le cadre de EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux , en partenariat avec Laboratoire de science et génie des matériaux et de métallurgie (Nancy) (laboratoire) .

Le président du jury était Pierre Archambault.

Le jury était composé de Fabrice Patisson, Philippe Sessiecq, Pierre Archambault, Gilles Flamant, Frédéric Marias, Denis Ablitzer, Thomas Kolb, André Kunegel.

Les rapporteurs étaient Gilles Flamant, Frédéric Marias.


  • Résumé

    Dans une optique de maîtrise du procédé d’incinération des ordures ménagères et de ses possibles émissions polluantes, nous avons développé un modèle mathématique qui simule un lit d’ordures ménagères en combustion sur une grille mobile. Ce modèle décrit la plupart des phénomènes physicochimiques et thermiques intervenant lors de l’incinération : séchage et pyrolyse de la charge, combustion et gazéification du carbone résiduel, transferts thermiques, effondrement du lit, brassage… Il intègre également une description des mécanismes de volatilisation des métaux lourds et de formation des NOx. La cinétique de départ des métaux lourds est modélisée en tenant compte des différentes étapes de transport (transfert externe, diffusion intraparticulaire, volatilisation) au moyen de l’approche des temps caractéristiques additifs. Dans le cas simulé du cadmium, la prédiction d’une volatilisation quasi-complète est conforme aux résultats de la littérature. Le sous-modèle NOx prend en compte les mécanismes de formation thermique, prompt, combustible, par l’intermédiaire de N2O, ainsi que les mécanismes de réduction homogène par recombustion et hétérogène par le carbone résiduel. Les calculs révèlent que prédominent la formation par le mécanisme combustible et la destruction par la réduction hétérogène. Enfin, le modèle de lit a été utilisé pour étudier l’influence des divers paramètres opératoires : température, débit et distribution d’air primaire, taille des particules de déchets, brassage et schéma de brassage. Les résultats sont présentés et discutés en détail. L’influence des conditions opératoires sur l’efficacité du procédé et sur les émissions de Cd et NOx est analysée

  • Titre traduit

    Mathematical modelling of NOx formation and heavy metals volatilisation from MSW incineration on travelling grate


  • Résumé

    As a tool for controlling the Municipal Solid Waste (MSW) incineration process and its possible pollutant emissions, a mathematical model of the MSW bed burning on travelling grate of an incinerator was developed. The model describes most of the physico-chemical and thermal phenomena taking place in incineration like the drying and pyrolysis of the feed, combustion and gasification of char, oxidation of pyrolysis gases, heat transfer, bed shrinking, feed stirring, etc. Also described in the model are the mechanisms of Heavy Metals (HM) volatilization and NOx formation. Kinetics of HM release was modelled using the approach of additive reaction times accounting for the various transport mechanisms involved: external transfer, intra-particle diffusion and actual volatilization. In the case simulated, i.e. of Cd, almost total volatilization is predicted, which is confirmed by literature findings. The NOx sub-model takes into account most of the common mechanisms of formation like thermal, prompt, fuel, N2O intermediate and also NOx reduction by homogeneous reburning and heterogeneous reduction by char. Calculations show that NOx formation is predominated by the fuel mechanism and destruction by the heterogeneous reduction. Finally, the bed model was applied to study the influence of various operating parameters like flow rate, temperature and distribution of air under grates, waste particle size, feed stirring and the stirring scheme. The results are presented and discussed in detail and the influence of operating conditions on process efficiency and on emissions of Cd and NOx is analyzed


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.