Combustion

COMBUSTION

INTRODUCTION: Pourquoi la combustion?- Pour produire de la chaleur et la transmettre des installations deau chaude, partir dnergie fossile.ssPrenons le cas dune chaudire mixte, quipe dun brleur.

1. GENERALITES

11. Dfinition

La combustion est une raction chimique doxydation exothermique.

Combustible + Comburant

Produits de Combustion +Chaleur

Gaz ,bois... Air

CO2 , H2O, N2,

12. Nature et composition de lair comburant

Le comburant est lair atmosphrique dont la composition est la suivante:

Oxygne:O2

Dioxyde de carbone:

CO2

Azote:

N2

Gaz rares:

Non, Krypton

En combustion, pour dterminer les quantits dair thoriques, on utilise les pourcentages suivants:

% en Masse% en Volume

O22421

N27679

13. Caractristiques des combustibles

La composition gnrale des combustibles courants est donne ci-dessous:

On distingueles combustibles suivants accompagns de leurs compositions gnrales:

SOLIDELIQUIDEGAZ Hydrocarbures

ConstituantsC, H2O, CendresC; H2; SMlanges CnHm, N2, CO2

Combustibles courantsCharbons, Anthracites, BoisFioul DomestiqueFiouls Lourds n1 et 2Gaz naturels, Butane et Propane commerciaux, Air propan

Exemple: gaz naturel = CH4 majoritairement

Boissec : en moyenne 19% deau, 1% de cendres, 40% de Carbone, 5% dHydrogne, 35% dAzote et dOxygne, mais la teneur en eau peut varier de quelques pour cents.14. Produits de combustion (fumes)

Les produits de combustion (fumes) sont constitusde:

Principalement:

Eventuellement:

4.Oxyde de soufre SO2

1. Dioxyde de carbone:

CO2

5. Oxygne:

O2

6. Monoxyde de carbone:CO

2. Vapeur deau :

H2O

7. NOx:NO, NO2

3. Azote:

N2

8. Hydrogne libre: H2

9. Imbrls solides ou gazeux

La prsence et le pourcentage de ces constituants prsents dans les produits de combustion permettront:

a) De dfinir le type de combustion

b) Denvisager les risques potentiels:- dasphyxie pour les personnes

de corrosion du matriel (chaudire, conduit de fumes)

de pollutions atmosphriques

c) Daffiner les rglages du brleur et damliorer les rendements.

Complments sur les NOx (Oxydes dazote)

Lazote de lair reste globalement neutre dans la combustion. Une infime partie est oxyde.Ils ne sont pas pris en compte dans les quations de combustion classique, mais sont lorigine des pluies acides par formation dacide nitrique. Cest pourquoi des textes de loi limitant les rejets de NOx existent selon le combustible et la puissance.

15. Les diffrents types de combustion

Il ne suffit pas de mettre en prsence un combustible, de lair et une tincelle pour raliser une bonne combustion: Selon la quantit dair, les rglages de lappareil de combustion, la chemine, la combustion sera de plus ou moins bonne qualit, c'est--dire:

- Sans produit toxique pour lhomme ou lenvironnement dans les fumes

- Avec un bon rendement

Cest pour cette raison que lon tudie les diffrents types de combustion

La combustion est complte si la totalit du combustible est oxyde. A contrario elle est incomplte sil y a prsence de combustible dans les fumes, ou si certains composants sont partiellement oxyds (ex: CO)La combustion est dite stchiomtrique, neutre ou thorique si lair comburant est en quantit suffisante et strictement ncessaire la combustion complte de lunit de combustible. Les fumes ne contiennent pas doxygne.

La combustion est oxydante ou en excs dair si une partie de lair comburant est utilis pour loxydation du combustible, lautre partie se retrouvant dans les fumes.

La combustion est dite rductrice ou en dfaut dair si le volume dair admis pour la combustion de lunit de combustible est infrieur au volume dair stchiomtrique; loxygne y est nanmoins totalement utilis donc pas de prsence dO2 dans les fumes, mais il y a formation de monoxyde de carbone (CO).

Sans entrer dans les formules chimiques de combustion, il est indispensable de connatre les paramtres de combustion suivants:

- Les pouvoirs calorifiques des combustibles

2- Les Pouvoirs Calorifiques:

Le pouvoir calorifique dun combustible est la quantit de chaleur dgage par la combustion complte, sous la pression atmosphrique normale, de lunit de combustible, celui-ci ainsi que les produits de combustion tant 0 C.

( Notation:PC

( Unit:[kJ/kg(n) de combustible] ou [kJ/m3(n) de combustible]

( Remarque:(n) signifie que toutes les ractions se produisent dans les conditions normales de temprature et de pression.

Le pouvoir calorifique est dit infrieur (PCI) quand leau rsultant de la combustion de lhydrogne et des hydrocarbures est suppose ltat de vapeur dans les produits de combustion.

Le pouvoir calorifique est suprieur (PCS) quand cette eau de combustion est ramene ltat liquide dans les fumes.

Lv=2500 kJ/kg aux CNTPMasse deau contenue dans les fumes

Elle dpend de la quantit dhydrogne prsente dans le combustible

Exemple: m(H2O) = 1,6 kg dans les fumes pour la combustion de 1 m3(n) de gaz naturelQuelques PCI/PCSGaz naturel: PCI et PCS denviron 10.2 kWh / m3(n) et 11.3 kWh / m3(n)Fioul domestique: PCI et PCS denviron 10 kWh / l(n) et 11 kWh / l(n)3. LA COMBUSTION REELLE

31. Dfinition

La combustion stchiomtrique est la base des calculs thoriques en combustion. Les analyses ralises ou les rsultats fournis dune combustion relle, dun combustible de composition connue, vont permettre de la dfinir prcisment, par comparaison avec les rsultats de la combustion neutre. Ainsi, par rapport la thorie, on pourra dfinir:

La combustion en excs dair

La combustion en dfaut dair

En pratique, cest lanalyse des fumes sur site qui donnera les renseignements techniques ncessaires la dfinition de la combustion relle.

32. La combustion en excs dair

On parlera de combustion en excs dair chaque fois que lon dtectera la prsence doxygne dans les produits de combustion. Lexcs dair peut rsulter soit dun rglage du volet dair au niveau du brleur (brleur air souffl), soit dune impossibilit rgler larrive dair (brleur atmosphrique). Cet excs dair est indispensable pour une combustion complte

Lair en excs impliquera:

une augmentation des pertes par les fumes,

une diminution du rendement de la chaudire.

Ainsi cette augmentation entranera un accroissement des dpenses nergtiques sur une saison de chauffe (consommation de combustible plus importante), qui restent non ngligeables mme pour de petites puissances de chaudires.

On caractrise lair en excs par le facteur dair Fa ou taux daration n en utilisant la relation suivante:

soit

Avec:Va: Pouvoir comburivore

[m3(n) dair / unit de combustible]

VEA: Volume dair en excs

[m3(n) dair en excs / unit de combustible]

Nota:Gnralement n est fourni par les relevs raliss sur site laide danalyseurs de fumes.

Pourcentage dexcsdair EA%:EA% = (n-1)*10033. Le Diagramme dOSTWALD

Pour caractriser facilement la qualit de la combustion dune installation, on mesure les taux ( CO2 et ( O2 dans les fumes, laide dun analyseur de fumes.

Ensuite, le diagramme permet dobtenir en fonction du ( CO2 mesur et du ( O2 mesur:1. Le type de combustion relle

2. Le % dexcs dair ou de dfaut dair

3. Le ( CO (sil y a lieu)

Il est dfini pour un combustible donn, laxe des abscisses reprsente le ( O2 et celui des ordonnes reprsente le ( CO2. Il comporte en gnral:

La droite des combustions oxydantes (( CO = 0%) gradue en excs dair,

Une graduation en dfaut dair sur laxe vertical (( O20%),

Le point reprsentatif de la combustion neutre (( O2=0% et ( CO = 0%) pour ( CO2max,

Les droites dgale teneur en CO (( CO = cte) parallle la droite des combustions oxydantes,

Les droites dgal excs ou dfaut dair

Les diagrammes dOSTWALD sont applicables tous les combustibles, ils sont insensibles aux teneurs en eau et en cendres des combustibles solides, mais ne sont plus utilisables si la teneur en imbrls solides dpasse 3%. Les diagrammes pratiques sont limits leur partie utile ((O2