MODÉLISATION DE FLUX POUR UN ÉCHANTILLONNAGE DANS UNE CHEMINÉE NON CONVENTIONNELLE (GF2)

PROBLÉMATIQUE

L’échantillonnage de divers polluants dans une cheminée requiert des équipements de pointe et surtout un écoulement laminaire aux points de mesure dont le profil de vitesse est uniforme, afin d’obtenir un résultat représentatif et de valider la conformité face aux normes environnementales en vigueur.

Un profil de vitesse uniforme est un profil dont les lignes de courant sont bien alignées entre elles. Les méthodes d’Environnement Canada pour l’échantillonnage dans les cheminées exigent un écoulement qui ne soit ni cyclonique, ni inversé.

De plus, certains critères de base existent au niveau des instances gouvernementales afin de s’assurer d’un profil de vitesse uniforme dans une cheminée, soit un écart moyen de ± 20% par rapport à la vitesse moyenne, soit un ratio vitesse maximale/vitesse minimale de 3:1.

Il existe certaines cheminées non conventionnelles ayant des profils de vitesse propices à la création de tourbillons, notamment lorsque la hauteur de la cheminée n’est pas assez élevée et est en régime turbulent. Ces cheminées ne permettent pas un échantillonnage représentatif au point de mesure et par le fait même les normes et les méthodes d’échantillonnage en vigueur ne sont pas respectées pour le site de mesure (cheminée avec trois (3) entrées indépendantes, etc.).

DÉFI TECHNOLOGIQUE

Le défi de cette problématique impliquait le développement de composantes mécaniques devant être installées dans la cheminée existante dans le but d’obtenir un profil de vitesse uniforme au point d’échantillonnage afin d’appliquer les méthodes d’échantillonnage dans les conditions exigées et ainsi valider la conformité des installations face aux normes environnementales en vigueur.

SOLUTIONS PROPOSÉES

STS Canada a donc développé un équipement capable de rectifier le débit de gaz dans une cheminée existante. Ces composantes sont constituées d’une plaque déflectrice perforée située près de l’entrée des gaz dans la cheminée suivie d’un rectifieur de débit situé en dessous de la plate-forme d’échantillonnage. Chaque artifice a été conçu avec soin afin de permettre l’obtention d’un profil de vitesse idéal dont l’écart par rapport à la vitesse moyenne était inférieur à ± 20%. Des simulations numériques ont été réalisées avec un logiciel spécialisé permettant d’obtenir des résultats de profils de vitesse précis.

RÉSULTATS

Les résultats obtenus par des simulations numériques avec les pièces mécaniques (plaque déflectrice + rectifieur de flux) dans la cheminée ont permis l’obtention de profils de vitesse uniformes et ce, à différents débits dans la cheminée existante. L’écart moyen par rapport à la vitesse moyenne pour chacun des débits visés se situait entre 5 et 23% avec un ratio Vmax/Vmin de 3:1.

L’utilisation de ces artifices mécaniques dans la cheminée existante a permis l’obtention d’un profil de vitesse uniforme au point d’échantillonnage. Ces systèmes ont aussi permis d’une part de conserver la cheminée existante et d’autre part d’assurer la représentativité des valeurs mesurés et de respecter les normes environnementales en termes d’échantillonnage.