CHAPITRE III:
CHOIX TECHNOLOGIQUES, PROCEDURES,
RESULTATS
DE L'ETUDE EXPERIMENTALE, ANALYSE ET
CONCLUSION
INTRODUCTION
En vue d'envisager une contribution exemplaire de la biomasse
dans le processus d'électrification rurale décentralisée
en cours dans notre pays, nous avons opté pour la gazéification
du charbon de bois en vue de l'approvisionnement des groupes
électrogènes pour la production d'électricité dans
les centres isolés. L'installation utilisée à cet effet se
trouve actuellement à Yaoundé en provenance de l'IRSAT (Institut
de Recherche en Sciences Appliquées et Technologies) de Ouagadougou au
Burkina-Faso d'où elle a été transférée
après des tests de faisabilité non concluant (à cause
semble-t-il de la qualité et de la disponibilité de la biomasse
utilisée à cet effet). Ce n'est donc qu'après les
présentes études que l'installation devra être
transférée sur site pilote dans un village de la province du
Centre.
Pour bien mener ces tests de gazéification du charbon
de bois, nous avons commencé par rechercher au cours des
expériences pratiques les différentes caractéristiques du
charbon de bois provenant d'un des marchés de Yaoundé, en
occurrence le marché Mokolo. Nous nous sommes limités aux
caractéristiques qui sont les plus importantes et qui sont à
notre portée compte tenu du matériel que nous disposons (taux de
carbone fixe, PCI, taux d'humidité, taux de matières volatiles
taux de cendre).
La première phase des tests sur l'installation a
porté sur la maîtrise même du phénomène de
gazéification. Il s'agit donc de savoir comment le gaz pouvait
être produit et sous quelles conditions on pouvait avoir un gaz de
meilleure qualité ; c'est-à-dire dans le cas précis, un
gaz dépourvu de composés inertes (N2, CO2, ...) et riche en
éléments combustibles (H2, CO, CH4, ...). Ainsi il a
été question pour nous de faire une étude thermodynamique
théorique du phénomène même de gazéification
de l'installation, le gaz produit devant être testé sur un
brûleur. Ceci devrait permettre de voir les différents
problèmes de l'installation en général et du
gazogène en particulier afin de proposer des solutions pour
l'amélioration de la qualité des gaz produits. Pour ce faire nous
avons opté pour le suivi d'un paramètre important du
phénomène. Pour arriver à notre dessein, il est important
d'appréhender les différents phénomènes qui ont
lieu dans le réacteur lors de la production des gaz. Ceci ne peut se
faire que par une modélisation mathématique des réactions
chimiques et des transferts thermiques dans le lit de charbon de bois. La
température apparaît donc ainsi comme un paramètre
important qu'il faut suivre en des points particuliers pour
avoir une idée des conditions au limites en vue d'une
modélisation complète et le dimensionnement des appareils dans la
suite des études. C'est pourquoi nous avons opté pour la prise
des températures au niveau de la paroi du réacteur. Ainsi, les
mesures ont été prises au cours du temps en continu sur une
durée d'à peu près 2 heures avec des valeurs
décalées de quelques secondes seulement.
It MATERIEL.
L'installation que nous avons utilisée pour notre
étude est une installation de gazéification de la biomasse en vue
de la production thermique et électrique, installation située
à ERA-Cameroun, une ONG camerounaise basée à
Yaoundé. Ce matériel est une oeuvre indienne de la
société AEW (Associated Engeneering Works) basée dans la
localité indienne de TANUKU et qui est spécialisée depuis
plusieurs années dans la conception et la fabrication des
gazogènes à petite échelle pour des applications
thermiques et électriques. Quelques photos de l'installation se trouvent
en annexe n°2.
Des thermocouples d'une précision, ?T = #177;1°C ont
été utilisés pour la prise des températures.
I.1/- description des équipements
L'installation d'expérimentation est un ensemble de
matériels soudés sur une plate-forme de superficie 12
m2 (3m x 4m) environ. Pour que cette plate-forme puisse supporter
tout cet ensemble de matériel sans problème, elle a
été constituée de poutres et de poteaux en béton
armé. L'installation comporte un gazogène
(générateur à gaz), un dispositif d'épuration et de
filtrage, un moteur diesel, un alternateur, des accessoires de motorisation
(pilon, moulin, pompe à eau...) et un ventilateur électrique pour
l'alimentation en air (voir photo n°1).
Photo n°1 : Une vue de
l'installation
Les composantes de l'installation comprennent entre
autres :
> Le gazogène Indien AEW (Associated
Engineering Works)
C'est un gazogène indien à tirage inversé
(co-courant) de puissance électrique d'environ 158 kW et dont les
caractéristiques théoriques sont les suivantes:
- débit de gaz: 20 m3/h ;
- taille des bois : 100mm x 80mm;
- consommation de biomasse 6kg/h;
- pouvoir calorifique des gaz: 1000 kcal/m3 (4190
kJ/m3);
- Alimentation en air: l'air est injecté au coeur du
réacteur par le haut;
- Rendement de la gazéification: 70%.
Ce gazogène est constitué d'un réacteur
à double enveloppe, avec à l'intérieur un cône
rétréci à la base et qui comporte une grille au travers
duquel transitent les cendres et les fines particules de charbon avant de se
retrouver dans le cendrier. Ce dernier est un
parallélépipède de 0,1 m3 (0,5m x 0,5m x 0,4m)
qui sert à la fois à recueillir les cendres et de dispositif
tampon qui empêche la fuite des gaz à la sortie du réacteur
; raison pour laquelle on le remplit entièrement d'eau.
A l'intérieur du cendrier est fixé un agitateur qui
débouche directement dans la zone de réduction; il supporte la
grille fixée immédiatement en dessous de la zone de
réduction .
Sur le réacteur est fixé un ventilateur manuel
centripète qui assure l'allumage du gazogène. Le
générateur a 2 ouvertures de chargement, l'une au dessus et
l'autre sur sa partie latérale.
Un brûleur de grande puissance est associé au
gazogène est nécessite d'être déconnecté de
l'installation si on veut utiliser le gaz produit dans un moteur.
L'alimentation en air du gazogène et du brûleur
se fait à travers un ventilateur électrique de 0,75 kW. Pour ce
faire, deux vannes sont utilisées, l'une débouchant au coeur du
réacteur et apportant l'air par le sommet et l'autre sur le
brûleur pour apporter l'air nécessaire à l'inflammation des
gaz.
Pour l'utilisation de l'installation en vue de la production
électrique et de la force motrice, dispositif plus ou moins complexe est
mis en place :
> Dispositif d'épuration et de
refroidissement:
Il est constitué d'un filtre et d'un refroidisseur. Le
gaz qui sort du réacteur à haute température entre d'abord
dans un refroidisseur à eau, puis dans un filtre fait de granulats et
d'eau avant de ressortir refroidi et épuré pour le moteur
Diesel.
> Le moteur Diesel
Il est de marque Kirloskar de 7,4 kW de type DM10 sur lequel on
peut lire les caractéristiques suivantes: rpm =1500; bhp =10.
> Un alternateur (générateur de courant
alternatif)
Il est de marque Kirloskar, type 4DL 2/4, de 6,0 kVA
délivrant un courant alternatif de 240 V, 25A, 50 Hz.
> Le ventilateur d'alimentation du
gazogène
C'est un appareil électrique de 0,75 kW fonctionnant au
courant alternatif (220/230 V, 6,1A, 50 Hz).
> Les courroies de transmission
Deux courroies assurent la transmission du mouvement de
rotation du moteur à un arbre qui lui, transmet son mouvement à
travers d'autres courroies pour les autres besoins de motorisation (Moulin
à écraser, presse à huile, décortiqueuse à
café, pilon pour les produits agricoles durs, pompe à eau).
Pour l'utilisation électrique, l'arbre est relié
à l'alternateur par deux courroies.
La figure n° 6 ci-dessous représente le schéma
de l'installation telle qu'elle se trouve sur place à ERA-Cameroun.
2 m
Air
H2O
Gaz
Vannes
Brûleur
4 m
Laveur
Air
Gaz
Ventilateur électrique
Air
Moteur + alternateur
(utilisations)
charge
Secteur (220V)
3m
48 CHAPITRE 3 : Choix Technologiques, Procedures , Resultats
De L'etude Experimentale, Analyse et conclusion
Figure n° 6: Schéma de
l'installation de Gazéification avec le gazogène Indien AEW
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