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1 J-M R. D-BTP LA COMBUSTION 2006

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1 J-M R. D-BTP

LA COMBUSTION

2006

2

Bases de la combustion

Grandeurs de la combustion

Diagrammes de combustion

Analyses de combustion

Rendements de combustion

Recherche par mot clé

Définitions et unités

3

Analyseurs électroniques

Combustion du carbone

Combustion du soufre

Combustion de l’hydrogène

Combustion du méthane

Combustion stœchiométrique

Combustion oxydante

Combustion réductrice

Combustion mi-oxydante

Combustion mi-réductrice

Combustion oxydo-réductrice

Consommables

Défaut d’air

Diagramme de Biard

Diagrammes d’Ostwald

Eléments de base

Excès d’air

Effets du CO sur l’homme

Equipement réglementaire

Facteur d’air

Indice de Wobbe

Limites d’inflammabilité

Mesure de température

Mesure du tirage ou de la dépression

Mesure d’opacité

Mesure de la teneur en CO2 ou en O2

Mesure de la teneur en CO

Molécules de corps simples

Molécules de corps composés

NOx

Point d’éclair

Point d’inflammation

Pouvoir calorifique

Point de rosée

Production d’acide sulfurique

Rendement de combustion sur PCI

Rendement de combustion sur PCS

Rendement des app. à condensation

Teneur en CO2

Teneur en O2

Temp théorique de flamme

Temp d’auto-inflammation

Valences des éléments

Valeurs régl. Rend. chaudière

Vitesse de flamme

4

Valences des éléments

Les éléments de base de la combustion

Molécules de corps simples

Molécules de corps composés

Combustion du carbone

Combustion du soufre

Combustion de l’hydrogène

Combustion stœchiométrique

Combustion oxydante

Combustion réductrice

Combustion mi-oxydante

Combustion mi-réductrice

Combustion oxydo-réductrice

Production d’acide sulfurique

Bases de la combustion

Combustion du méthane

NOx

5

Le « C H O N S »

Carbone

C

12 g

Hydrogène

H

1 g

Oxygène

O

16 g

Azote

N

14 g

Soufre

S

32 g

Les éléments de base de la combustion

6

Carbone

4

Hydrogène

1

Oxygène

2

Azote

3

Soufre

2

4

6

Valences des éléments

H S N C O

7

Hydrogène

H2

Oxygène

O2

Azote

N2

2 g 32 g 28 g

Molécules de corps simples

H H

O

O N

N

8

Méthane

CH4

Eau

H2O

Ammoniaque

NH3

16 g 18 g 17 g

Molécules de corps composés 1/6

C

H

H H

H

O

H

H

N

H

H H

9

Monoxyde de

carbone

CO

Dioxyde

de carbone

CO2

28 g 44 g

Molécules de corps composés 2/6

O C O

C O

10

Anhydride

sulfureux

SO2

Anhydride

sulfurique

SO3

64 g 80 g

O S O

O

S

O

O

Molécules de corps composés 3/6

11

Acide sulfurique

H2SO4

98 g

O O

S

O O

H

H

Molécules de corps composés 4/6

12

Méthane

CH4

16 g

H

H

C

H

H

Ethane

C2H6

30 g

H

H H

C

H

C

H

H

Molécules de corps composés 5/6

13

Propane

C3H8

44 g

Butane

C4H10

58 g

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

Molécules de corps composés 6/6

14

Carbone

C

Dioxyde

de carbone

CO2

12 g 44 g

O

O

Oxygène

O2

32 g 22,4 litres 22,4 litres

Combustion du carbone 1/4

O C

O

C

15

C CO2 O2 Volume d’O2 nécessaire pour brûler 1000 g de C :

VO2 = 22,4 L * 1000 g / 12 g = 1866,66 litres

L’oxygène est accompagné d’azote

( + 79/21 N2 )

que l’on retrouvera dans les fumées

+ 79/21 N2

Volume d’azote : VN2 = VO2 * 79 / 21

VN2 = 1866,66 * 79 / 21 = 7022,22 litres Le volume d’air nécessaire sera donc:

Va = VO2 + VN2 = 1866,66 + 7022,22 = 8888,88 litres

Volume de CO2 produit par la combustion de 1000 g de C :

VCO2 = 22,4 L * 1000 g / 12 g = 1866,66 litres

Le volume de fumées sera donc :

Vf = VCO2 + VN2 = 1866,66 + 7022,22 = 8888,88 litres

Combustion du carbone 2/4

16

Pour brûler 1 kg de carbone il faut :

1 866 litres d’O2

7 022 litres de N2

soit 8 888 litres d’air

La combustion d’1 kg de carbone produit :

1 866 litres de CO2 (soit 3,66 kg)

7 022 litres de N2

soit 8 888 litres de fumées

et dégage environ 9,1 kWh

Combustion du carbone 3/4

17

Il est à noter que la combustion incomplète d’1 kg de carbone

( C + ½ O2 = CO ) produit :

1 866 litres de CO

7 022 litres de N2

soit 8 888 litres de fumées

et ne dégage qu’environ 2,6 kWh

(la combustion complète en aurait produit 9,1 kWh…)

Combustion du carbone 4/4

18

Soufre

S

Anhydride

sulfureux

SO2

32 g 64 g

O

O

Oxygène

O2

32 g

O S

O

S

22,4 litres

Combustion du soufre 1/3

19

S SO2 O2 Volume d’O2 nécessaire pour brûler 1000 g de S :

VO2 = 22,4 L * 1000 g / 32 g = 700 litres

L’oxygène est accompagné d’azote

( + 79/21 N2 )

que l’on retrouvera dans les fumées

+ 79/21 N2

Volume d’azote : VN2 = VO2 * 79 / 21

VN2 = 700 * 79 / 21 = 2633,33 litres Le volume d’air nécessaire sera donc :

Va = VO2 + VN2 = 700 + 2633,33 = 3333,33 litres

Volume de SO2 produit par la combustion de 1000 g de C :

VSO2 = 22,4 L * 1000 g / 32 g = 700 litres

Le volume de fumées sera donc :

Vf = VSO2 + VN2 = 700 + 2633,33 = 3333,33 litres

Combustion du soufre 2/3

20

Pour brûler 1 kg de soufre il faut :

700 litres d’O2

2 633 litres de N2

soit 3 333 litres d’air

La combustion d’1 kg de soufre produit :

700 litres de SO2

2 633 litres de N2

soit 3 333 litres de fumées

et dégage environ 2,5 kWh

Combustion du soufre 3/3

21

Hydrogène

2H2

Eau

2H2O

4 g 36 g

O

O

Oxygène

O2

32 g

H O

H

H O

H

H H

H H

22,4 litres 44,8 litres 44,8 litres

Combustion de l’hydrogène 1/3

22

2H2 2H2O O2 Volume d’O2 nécessaire pour brûler 1000 g d’hydrogène :

VO2 = 22,4 L * 1000 g / 4 g = 5 600 litres

L’oxygène est accompagné d’azote

( + 79/21 N2)

que l’on retrouvera dans les fumées

+ 79/21 N2

Volume d’azote : VN2 = VO2 * 79 / 21

VN2 = 5 600 * 79 / 21 = 21 066 litres Le volume d’air nécessaire sera donc :

Va = VO2 + VN2 = 5600 + 21066 = 26 666 litres Volume de vapeur d’eau produit par la combustion de 1000 g d’hydrogène :

VHO2 = 44,8 L * 1000 g / 4 g = 11 200 litres

Le volume de fumées humides sera donc :

Vfh = VHO2 + VN2 = 11200 + 21066 = 32 266 litres

Combustion de l’hydrogène 2/3

23

Pour brûler 1 kg d’hydrogène il faut :

5 600 litres d’O2

21 066 litres de N2

soit 26 666 litres d’air

La combustion d’1 kg d’hydrogène produit :

11 200 litres de vapeur d’eau

21 066 litres de N2

soit 32 266 litres de fumées humides

et dégage environ 33,6 kWh PCI

39,2 kWh PCS

Combustion de l’hydrogène 3/3

24

Méthane

CH4

Eau

2H2O

16 g 36 g

O O

Oxygène

2O2

64g

H O

H

H O H

Dioxyde de

carbone

O O

CO2 44 g

22,4 litres 22,4 litres 44,8 litres 44,8 litres

Combustion du méthane

O C

O

H

H C H

H

25

Les Nox 1/4

Plus connus sous le terme générique « NOx », les oxydes d’azote sont :

Le monoxyde d’azote (NO) qui est produit en grande quantité (90 à 95 %)

mais qui s’oxyde rapidement en NO2 dans l’atmosphère,

Le dioxyde d’azote (NO2) produit en faible quantité dans la combustion.

Le protoxyde d’azote (N2O) produit en très faible quantité.

26

Les Nox 2/4

Les NOx apparaissent dans la combustion parce que l’air contient de l’azote (il y en a

aussi dans certains combustibles : Fioul, Charbon) qui se combine à l’excès d’oxygène

dans certaines conditions de température.

Le mécanisme de formation des NOx est complexe car les réactions se font soit en

atmosphère oxydante (N + O2 donne NO + O), soit en atmosphère réductrice (N2 + O

donne N + NO). Ce dont on est sûr, c’est que la formation de NO est fortement

tributaire de la température.

Les installations de combustion interviennent pour à peine 16 % dans la production

des NOx (avec plus de la moitié pour le charbon et le fioul lourd), alors que les

transports en sont responsables à plus de 75 %.*

Répartition de la production des Nox

27

Les Nox 3/4

L’air que nous respirons est faiblement chargé en NO2 (quelques ppm) et sauf pour

quelques cas précis (métiers à risque), il n’y a aucun risque pulmonaire direct. En

revanche, ce gaz est responsable en grande partie de l’acidité des pluies et de ses effets

néfastes sur la végétation.

Malgré la faible participation des chauffages à la pollution par les NOx, les

réglementations imposeront rapidement des limites assez sévères.

28

95 % NO (oxyde d’azote) durée de vie de quelques heures

4,99 % NO2 (peroxyde d’azote) durée de vie de quelques semaines

0,01 % N2O (protoxyde d’azote) durée de vie de plusieurs siècles

Les Nox 4/4

29 combustible

C

H2

S

air

O2

N2

fumées

CO2

H2O

SO2

N2

Va

Vfn

Complète sans excès ni défaut d’air

Combustion stœchiométrique

30 combustible

C

H2

S

air

O2

N2

fumées

CO2

H2O

SO2

N2

Va

Vfn

O2

N2

O2

N2

Vea

Vea

R

Complète en excès d’air

Combustion oxydante

31 combustible

C

H2

S

air

O2

N2

fumées

CO2

H2O

N2

Vfn

C

CO

H2

SO2

S Va

R

Vda

Incomplète en défaut d’air

Combustion réductrice

32 combustible

C

H2

S

air

O2

N2

fumées

CO2

H2O

N2

Vfn

C CO

H2

SO2

S

R

Vda

O2

Va

Incomplète en défaut d’air

Avec oxygène dans les fumées

Combustion mi-réductrice

33 combustible

C

H2

S

air

O2

N2

fumées

N2

Vfn

O2

N2

O2

N2

Vea

Vea

R

CO2

H2O C

CO

H2

SO2

S Va

Incomplète en excès d’air

Combustion mi-oxydante

34 combustible

C

H2

S

air

O2

N2

fumées

N2

O2

N2

O2

N2

CO2

H2O

SO2

SO3

SO4H2

Si présence d’un

catalyseur tel que le

chrome ou le

vanadium dans le

combustible

SO2 excès d’air catalyseur acide

sulfurique = + +

Production d’acide sulfurique

35 combustible

C

H2

S

air

O2

N2

fumées

N2

CO2

H2O C

CO

H2

SO2

S

O2

Incomplète sans excès ni défaut d’air

R

Va

Combustion oxydo-réductrice

36

Les différents types de combustion

Stœchiométrique : complète sans excès d’air

Oxydante : complète en excès d’air

Réductrice : incomplète en défaut d’air

Mi-oxydante : incomplète en excès d’air

Mi-réductrice :

Oxydo-réductrice : incomplète sans excès ni défaut d’air

incomplète en défaut d’air avec présence

d’oxygène dans les fumées

37

Excès d’air

Facteur d’air

Défaut d’air

Teneur en CO2

Teneur en O2

Effets du CO sur l’homme

Température théorique de flamme

Limites d’inflammabilité

Vitesse de propagation du front de flamme

Indice de Wobbe

Grandeurs de la combustion

Point d’éclair

Point d’inflammation

Température d’auto-inflammation

Pouvoir calorifique

Point de rosée

Relation CO / CO2

38

Le facteur d’air, ou taux d’aération ( N ), est le rapport du volume

d’air réellement utilisé ( R ) sur le volume d’air théorique ( Va ).

N = R

Va

Facteur d’air 1/5

39

En combustion stœchiométrique : R = Va

Par conséquent :

N = R

Va = 1

Facteur d’air 2/5

40

En combustion oxydante : R > Va

Par conséquent :

N = R

Va > 1

Facteur d’air 3/5

41

En combustion réductrice : R < Va

Par conséquent :

N = R

Va < 1

Facteur d’air 4/5

42

Rappel :

N > 1 Excès d’air

N < 1 Défaut d’air

Facteur d’air 5/5

43

Ea = Vea

Va

L’excès d’air ( Ea ), est le rapport du volume d’excès d’air ( Vea )

sur le volume d’air théorique ( Va ).

Excès d’air 1/2

44

N = R

Va =

Va + Vea

Va

Vea

Va = 1 + = 1 + Ea

D’où :

N = 1 + Ea ou Ea = N - 1

Or :

Excès d’air 2/2

45

Da = Vda

Va

Le défaut d’air (Da), est le rapport du volume de défaut d’air (Vda)

sur le volume d’air théorique ( Va ).

Défaut d’air 1/2

46

N = R

Va =

Va - Vda

Va

Vda

Va = 1 - = 1 - Da

D’où :

N = 1 - Da ou Da = 1 - N

Or :

Défaut d’air 2/2

47 combustible

C

H2

S

air

O2

N2

fumées

CO2

H2O

SO2

N2

CO2 Vco2

Vfs

Vea

Vea

Teneur en CO2 1/6

48

Lorsque l’excès d’air augmente :

le volume de fumées sèches augmente,

le volume de CO2 ne bouge pas.

La teneur en CO2 dans les fumées sèches varie selon l’excès d’air.

Plus l’excès d’air est fort plus la teneur est basse.

Si l’excès d’air est nul la teneur est maximale et l’on parle de « CO2 neutre » ou

« CO2 max » qui dépend de la composition du combustible utilisé.

Teneur en CO2 2/6

49

Teneur CO2 = Vco2

Vfsn + Vea

Teneur CO2 = Vco2

Vfs réel

Teneur CO2 neutre = Vco2

Vfsn

Teneur en CO2 3/6

50

CO2 neutre des combustibles usuels

Combustible CO2 neutre

Carbone pur 21 %

Fioul lourd 16 %

Fioul domestique 15,4 %

Butane commercial 14,3 %

Propane commercial 14,1 %

Gaz naturel Algérie 12,1 %

Gaz naturel mer du Nord 12 %

Gaz naturel Russie 11,9 %

Teneur en CO2 4/6

51

En connaissant la teneur en CO2 des fumées sèches d’un

combustible donné, on peut calculer l’excès d’air d’une

combustion oxydante en utilisant la formule suivante :

Excès d’air x = CO2 réel

CO2 n - CO2 réel Vfs

Va

Teneur en CO2 5/6

52

Rapport Vfs / Va des combustibles usuels

Combustible Vfs / Va

Carbone pur 1

Fioul lourd 0,94

Fioul domestique 0,933

Butane commercial 0,91

Propane commercial 0,91

Gaz naturel Algérie 0,9

Gaz naturel mer du Nord 0,9

Gaz naturel Russie 0,9

Teneur en CO2 6/6

53 combustible

C

H2

S

air

O2

N2

fumées

CO2

H2O

SO2

N2

CO2

Vo2

Vfs

Vea

Vea

O2

N2 O2

N2

Teneur en O2

54

Lorsque l’excès d’air augmente :

le volume de fumées sèches augmente,

le volume d’O2 dans les fumées augmente.

La teneur en O2 dans les fumées sèches varie selon l’excès d’air.

Plus l’excès d’air est fort plus la teneur est élevée.

La teneur en O2 dans les fumées pourra varier de 0 à 21 % selon qu’il n’y a pas

d’excès d’air ou que celui-ci est infini. (phase de pré-ventilation par exemple)

Teneur en O2 2/3

55

En connaissant la teneur en O2 des fumées sèches d’un

combustible donné, on peut calculer l’excès d’air d’une

combustion oxydante en utilisant la formule suivante :

Excès d’air x = O2 réel

21 - O2 réel

Vfs

Va

Teneur en O2 3/3

56

En connaissant la teneur en O2 et en CO2 des fumées sèches d’un

combustible quelconque, on peut calculer l’excès d’air d’une

combustion oxydante en utilisant la formule suivante :

Excès d’air = 79 . O2

[ 0,21 . ( 100 - CO2 ) ] - O2

Teneur en O2 et en CO2

57

Exemple : CO2 = 10 % , O2 = 4 % , (IB = 0 et CO = 0 %)

Ea = 79 . 4

[ 0,21 . ( 100 - 10 ) ] - 4

Teneur en O2 et en CO2

316

( 0,21 . 90 ) - 4

= 316

18,90 - 4

= 316

14,90

= = 21,2

Si la combustion est complète, l’excès d’air est de 21,2 % et le facteur d’air 1,21 ,

quel que soit le combustible.

58

Teneur en O2 et en CO2

% O2 % CO2 % CO2 % Excès

Oxygène Gaz Naturel Fioul d'air (~)

0 11,8 15,6 0

1 11,2 14,9 5

2 10,6 14,1 10

3 10,1 13,4 16

4 9,5 12,6 23

5 9,0 11,9 28

6 8,3 11,1 36

7 7,9 10,4 45

8 7,3 9,6 55

9 6,7 8,9 68

10 6,1 8,1 80

11 5,6 7,4 100

12 5,0 6,6 122

13 4,5 5,9 150

14 3,9 5,2 186

15 3,3 4,4 234

59

Effets du CO sur l’homme 1/2

La combustion produit parfois des corps dangereux voire mortels.

- Lorsque l’oxygène est en quantité insuffisante, la combustion d’un hydrocarbure est

incomplète. Elle produit alors du carbone et de l’eau, mais elle peut surtout donner lieu

à la formation d’un gaz incolore, inodore et toxique : le monoxyde de carbone.

- Le monoxyde de carbone remplace progressivement l’oxygène sur les globules

rouges sur lesquels il se fixe 300 fois plus. Or l’oxygène est indispensable au

fonctionnement de toutes les cellules de l’organisme. Le monoxyde de carbone

asphyxie donc peu à peu l’organisme.

- Une personne intoxiquée au monoxyde de carbone ressent tout d’abord de la fatigue,

une faiblesse dans les jambes, des vertiges et des maux de tête, puis apparaissent

nausées et vomissement, ensuite la personne est prise de somnolence, ce qui

l’empêche de réagir. Cette personne a alors besoin d’un apport massif d’oxygène qui

ne peut être pratiqué qu’en milieu hospitalier.

60

nausées

Effets non perceptibles

Effets perceptibles

% de CO dans l’air

ambiant

0,14

0,12

0,10

0,08

0,06

0,04

0,02

0,00

0,16

1 h 2 h 3 h 4 h

Temps d’exposition

DANGER

MORT

Teneur maximale autorisée 0,01 %

Effets du CO sur l’homme 2/2

61

Rapport CO / CO2

On produit moins de CO lorsque

l’excès d’air se situe ente 10 et 40 %.

On trouvera donc des « pics » de CO

(et d’imbrûlés en général) lors des

démarrages, des arrêts et des

changements d’allures.

62

C’est la température à laquelle s’élèveraient les gaz de combustion dans le cas

impossible et théorique d’une combustion instantanée et sans échange avec

l’extérieur.

Cette température n’est donc pas mesurée mais calculée. (c’est pourquoi elle

est dite « théorique »)

Cette température dépend :

- du type de combustible,

- du type et de la température du comburant, (air ou oxygène pur)

- du volume de fumées produit. (et donc de l’excès d’air)

Température théorique de flamme 1/3

63

Températures théoriques de flamme de mélanges stœchiométriques

initialement à 0 °C

Nature du combustible Dans l’air* Dans l’oxygène

Gaz naturel Algérie 1955 °C 2780 °C

Gaz naturel Russie 1945 °C 2770 °C

Gaz naturel mer du Nord 1945 °C 2765 °C

Gaz naturel Groningue 1930 °C 2750 °C

Propane commercial 2010 °C 2840 °C

Butane commercial 2005 °C 2840 °C

Fioul domestique 1950 °C

* Une élévation de 100 K de la température de l’air entraîne une augmentation

d’environ 37 K de la température théorique de combustion.

Température théorique de flamme 2/3

64

Température théorique de flamme de la combustion de fioul domestique

pour différents excès d’air.

Excès d’air température

0 % 1950 °C

20 % 1760 °C

50 % 1490 °C

90 % 1220 °C

La variation de température due à l’excès d’air entraîne pour la combustion

du fioul domestique une variation de couleur de flamme.

Température théorique de flamme 3/3

65

0 % 100 %

100 % 0 %

combustible

comburant

Inflammation

impossible

Mélange trop

pauvre

Inflammation

impossible

Mélange trop

riche

inflammation

possible

Limite inférieure

d’inflammabilité

Limite supérieure

d’inflammabilité

Lii Lsi

N<1 N>1

Zone d’explosion

Limites d’inflammabilité 1/2

66

Combustible Lii Lsi

Butane commercial 1,8 % 8,8 %

Propane commercial 2,4 % 9,3 %

Gaz naturel Algérie 4,7 % 13,7 %

Gaz naturel Russie 5,2 % 14,3 %

Gaz naturel mer du Nord 5,2 % 14,5 %

Ancien « gaz de ville » 5 % 32 %

La plage d’inflammabilité s’agrandit lorsque la température du mélange augmente !

Exemple du méthane

Température Lii Lsi

0 °C 5,2 % 13,4 %

100 °C 4,7 % 13,7 %

200 °C 4,2 % 14,7 %

300 °C 3,7 % 15,9 %

400°C 3,1 % 17,3 %

Limites d’inflammabilité 2/2

67

Point d’éclair 1/2

Le point d’éclair est la température la plus basse à laquelle un combustible

liquide, sous une pression absolue de 1013 hPa, émet suffisamment de vapeurs

inflammables pour que celles-ci s’enflamment au contact d’une flamme existante,

mais insuffisamment pour que la combustion amorcée puisse se poursuivre d’elle-

même si cette flamme est supprimée.

Chaque combustible liquide a son propre point d’éclair aussi appelé « point

éclair » ou « point d’inflammabilité » ou « flash point » qui donnera, entre autres,

les limites hautes de températures de stockage, de transport et de manipulation.

Combustible Valeurs moyennes

Essence - 16……….+ 10 °C

Pétrole 20……….…60 °C

Fioul domestique 70………...120 °C

Fioul lourd 120…….....140 °C

68

Point d’éclair 2/2

La réglementation répartit les combustibles liquides en quatre classes en fonction

de leur point d’éclair:

Point d’éclair

Liquides particulièrement inflammables < 0 °C

Liquides inflammables de la 1re catégorie 0….55 °C

Liquides inflammables de la 2ème catégorie 55...100 °C

Liquides peu inflammables > 100 °C

69

Point d’inflammation

Le point d’inflammation est la température la plus basse à laquelle un

combustible liquide doit être porté pour qu’après inflammation, la combustion

amorcée puisse se poursuivre d’elle-même par réaction en chaîne.

Chaque combustible liquide a son propre point d’inflammation aussi appelé

« point de combustion » ou « point de feu » qui est environ de 20 K supérieur au

point d’éclair.

70

Température d’auto-inflammation 1/2

La température d’auto-inflammation, aussi appelée « température d’ignition » ou

« point d’inflammation spontané » est la température la plus basse à laquelle un

mélange gazeux compris dans les limites d’inflammabilité peut s’enflammer

spontanément même en l’absence d’une source d’allumage.

Il n’est pas nécessaire d’activer la totalité du mélange pour le faire brûler.

L’inflammation d’une partie du mélange libère une énergie suffisante pour activer

le solde.

Cette température détermine le moyen « d’allumage » du mélange (résistance, arc

électrique, bougie, simple compression…)

71

Température d’auto-inflammation 2/2

Allumettes 170 °C

Bois 200…300 °C

Charbon de bois 300…425 °C

Fioul lourd 340 °C

Fioul domestique 360 °C

Essence 350…520 °C

Butane 430 °C

Ancien « gaz de ville » 450 °C

Propane 500 °C

Suie 500…600 °C

Gaz naturel 650 °C

72

C’est la vitesse à laquelle se déplace la flamme dans un tube horizontal

contenant un mélange immobile de gaz ou de vapeur de combustible et d’air.

Cette vitesse est fonction :

de la composition du mélange, (à l’intérieur des limites d’inflammabilité)

de la nature du combustible,

de la température, (qui augmentera la vitesse)

de la pression,

des obstacles.

Il peut arriver que la vitesse de propagation dépasse celle du son, c’est la

détonation.

Vitesse de propagation du front de flamme 1/2

73

Mélanges air–combustibles à 0 °C

Combustible Vitesse de propagation

vF en m/s

Gaz naturel 0,20…..0,30

Propane 0,43

Butane 0,39

Ancien « gaz de ville » 0,60…..0,80

Fioul domestique 0,35

Essence 0,41

Vitesse de propagation du front de flamme 2/2

La vitesse augmente avec la température de la flamme

74

Cet indice, utilisé pour l’interchangeabilité des gaz, est le rapport entre le

pouvoir calorifique supérieur en kWh/m3(n) du gaz et la racine carrée de sa

densité.

W =

PCS

d

L’indice de Wobbe permet de calculer la pression d’alimentation « p » nécessaire

pour conserver la même puissance avec le même injecteur pour des gaz

différents d’une même famille.

W . p = constante

Indice de Wobbe 1/3

75

Nature du gaz W « famille »

Gaz naturels

Algérie 15,5

2 Russie 14,4

Mer du Nord 14,1

Groningue 12,6

Gaz de pétrole Propane commercial 22,2

3 Butane commercial 25,2

Gaz

manufacturé Ancien « gaz de ville » 8,3 1

Indice de Wobbe 2/3

76

Nature du gaz W p

Gaz naturels

Algérie 15,5

18 mbar Russie 14,4

Mer du Nord 14,1

Groningue 12,6 25 mbar

Gaz de pétrole Propane commercial 22,2 37 mbar

Butane commercial 25,2 28 mbar

Gaz manufacturé Ancien « gaz de ville » 8,3 8 mbar

Indices de Wobbe et pressions d’interchangeabilité

Indice de Wobbe 3/3

77

Pouvoir calorifique 1/4

La quantité de chaleur libérée lors de la combustion complète d’un matériau est

appelée « chaleur de combustion » (kJ/kg ou kJ/m3(n)).

Pour les matériaux combustibles qui contiennent de l’hydrogène et par conséquent

pour lesquels on retrouve de la vapeur d’eau dans les produits de combustion, on

distingue le « pouvoir calorifique supérieur » et le « pouvoir calorifique

inférieur » suivant que l’on prend en compte ou non la chaleur de vaporisation de

l’eau des fumées.

Le pouvoir calorifique est dit supérieur (abrégé : PCS) quand l’eau qui résulte de

la combustion du gaz hydrogène et des hydrocarbures est supposée ramenée à

l’état liquide dans les produits de combustion.

Le pouvoir calorifique est dit inférieur (abrégé : PCI) quand l’eau qui résulte de

la combustion du gaz hydrogène et des hydrocarbures est supposée à l’état

vapeur dans les produits de combustion.

78

Pouvoir calorifique 2/4

La détermination des pouvoirs calorifiques des combustibles solides et liquides ne

peut se faire avec précision qu’à partir de mesures calorimétriques.

L’estimation du pouvoir calorifique inférieur peut se calculer à partir de formules

empiriques si l’on connaît la composition pondérale du combustible.

PCI (MJ/kg) = 34,8 c + 93,9 h + 10,5 s + 6,3 n – 10,8 o – 2,5 w

(c, h, s, n, o et w sont respectivement les teneurs en kg/kg de carbone, hydrogène,

soufre, azote, oxygène et eau du combustible solide ou liquide considéré.)

Dans les applications thermiques de notre secteur, on ne connaît jamais la

composition exacte du combustible utilisé.

Dans la pratique, on utilise la plupart du temps les valeurs PCI et PCS données

directement par les distributeurs de combustibles ou les valeurs moyennes

données dans les tableaux suivants.

79

Pouvoir calorifique 3/4

Nature du gaz PCI PCS

Lacq 10,2 kWh/m3(n) 11,3 kWh/m3(n)

Algérie (Fos) 10,6 kWh/m3(n) 11,8 kWh/m3(n)

Algérie (Montoir) 11,1 kWh/m3(n) 12,3 kWh/m3(n)

Mer du Nord 10,1 kWh/m3(n) 11,2 kWh/m3(n)

Russie 10,1 kWh/m3(n) 11,2 kWh/m3(n)

Groningue 9,1 kWh/m3(n) 10,1 kWh/m3(n)

Butane commercial 32,9 kWh/m3(n) 35,6 kWh/m3(n)

12,7 kWh/kg 13,7 kWh/kg

Propane commercial 25,4 kWh/m3(n) 27,5 kWh/m3(n)

12,8 kWh/kg 13,9 kWh/kg

Ces valeurs sont des valeurs moyennes

80

Pouvoir calorifique 4/4

Combustible PCI PCS

Fioul domestique 11,9 kWh/kg 12,7 kWh/kg

Fioul lourd (S = 2 %) 11,4 kWh/kg 12 kWh/kg

Fioul lourd (S = 1 %) 11,8 kWh/kg 12,5 kWh/kg

Ces valeurs sont des valeurs moyennes

81

Point de rosée 1/3

Le point de rosée est la température au dessous de laquelle la vapeur d’eau

contenue dans les produits de combustion va se condenser.

Ce changement d’état suit la relation pression-température. La température de

condensation de l’eau contenue dans les fumées dépend de la pression partielle de

la vapeur d’eau qui elle même variera en fonction :

- de la teneur en hydrogène et en eau du combustible et de l’humidité absolue de

l’air comburant qui tendront à augmenter le point de rosée,

- de l’excès d’air qui tendra à diminuer le point de rosée.

L’acide sulfurique condense à une température plus élevée que la vapeur d’eau.

C’est pourquoi, pour les combustibles soufrés, on parle de « point de rosée acide »

qui augmente avec la teneur en soufre et est toujours supérieur au « point de rosée

eau ».

Le tableau suivant donne la valeur des points de rosée des combustibles courants

en combustion stœchiométrique avec de l’air sec.

82

Point de rosée 2/3

Points de rosée en combustion stœchiométrique avec de l’air sec.

Gaz naturel 59 °C

Butane commercial 53 °C

Propane commercial 54 °C

Fioul domestique Point de rosée eau 50 °C

Point de rosée acide 120 °C

Fioul lourd Point de rosée eau 50 °C

Point de rosée acide 130 °C

Le point de rosée diminue lorsque l’excès d’air augmente.

83

Point de rosée 3/3

Points de rosée en combustion oxydante avec divers excès d’air.

Le point de rosée diminue lorsque l’excès d’air augmente.

Nature du gaz Excès d’air

0 % 20 % 40 % 60 %

Lacq 59.2 55.6 52.7 50.2

Algérie (Fos) 59.1 55.6 52.7 50.1

Algérie (Montoir) 59.0 55.5 52.6 50.0

Mer du Nord 59.1 55.6 52.7 50.1

Russie 59.2 55.6 52.7 50.2

Groningue 58.8 55.5 52.5 50.0

Propane commercial 53.9 50.5 48.0 45.5

Butane commercial 53.6 48.5 47.5 45.0

84

Diagrammes d’Ostwald

Diagramme de Biard

Diagrammes de combustion

85

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Teneur en oxygène dans les fumées sèches

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

0 1

1

1

2

13

1

4

15

1

6

CO2 n

20,9 %

N < 1 N > 1

Mi-oxydante Mi-réductrice

Combustion incomplète Réd

uct

rice

stœchiométrique Diagramme de Biard

86

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Teneur en oxygène dans les fumées sèches

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

0 1

1

1

2

13

1

4

15

1

6

(H2) (CO)

(CO2) (CO2)

___ ___ O2 = 5 % CO2 = 8,5 %

5

8,5

N = 1,2

Combustion mi oxydante

Excès d’air = 20 %

0,08 0,1 CO = 0,1 . 8,5 = 0,85 %

H2 = 0,08 . 8,5 = 0,68 %

87

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Teneur en oxygène dans les fumées sèches

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

0 1

1

1

2

13

1

4

15

1

6

(H2) (CO)

(CO2) (CO2)

___ ___ O2 = 4 % CO2 = 10 %

4

10

N = 1,2

Combustion oxydante

Excès d’air = 20 %

0,0 0,0 CO = 0,0 . 10 = 0 %

H2 = 0,0 . 10 = 0 %

88

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Teneur en oxygène dans les fumées sèches

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

0 1

1

1

2

13

1

4

15

1

6

(H2) (CO)

(CO2) (CO2)

___ ___ O2 = 4 % CO2 = 10 %

4

10

N = 1,2

Combustion oxydante ?

Excès d’air environ 20 %

CO = ? . 10 = ?? %

H2 = ? . 10 = ?? % ?

Seule la mesure du CO

permet de s’assurer que la

combustion est complète.

89

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Teneur en oxygène dans les fumées sèches

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

0 1

1

1

2

13

1

4

15

1

6

(H2) (CO)

(CO2) (CO2)

___ ___

Zone inutilisable du diagramme

Zone d’excès de CO

Zone d’excès d’air trop faible

Zone de combustion correcte

90

0

2

4

6

8

10

12

1

4

16

Ten

eur

en C

O2 d

ans

les

gaz

brû

lés

secs

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Teneur en O2 dans les gaz brûlés secs

% CO 5 4 3 2 1 0

Fioul domestique

Diagramme d’Ostwald

91

Ten

eur

en C

O2 d

ans

les

gaz

brû

lés

secs

0

2

4

6

8

10

12

1

4

16

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Teneur en O2 dans les gaz brûlés secs

% CO 5 4 3 2 1 0

Gaz naturel

Diagramme d’Ostwald

92

Diagramme de combustion oxydante du fioul

Exemple de lecture :

Ea = 30 %, CO2 = 11,9 %, Vf = 15.2 m3(n)/kg, qF = 1720 °C

Ea CO2 Vf qF

93

Mesure de température

Généralités

Mesure du tirage ou de la dépression foyer

Mesure d’opacité

Mesure de la teneur en CO2 ou de la teneur en O2

Mesure de la teneur en CO

Analyseurs électroniques

Analyses de combustion

Consommables

Equipement réglementaire minimum des chaudières

94

Généralités

L’analyse de combustion peut être faite en utilisant des analyseurs chimiques

type « Brigon » qui ne donnent qu’un résultat ponctuel,

ou en utilisant des analyseurs « électroniques » qui donnent un résultat

ponctuel ou une mesure en continu.

Dans les deux cas, le prélèvement s’effectuera dans l’axe du conduit à environ 1

diamètre de la buse de sortie fumée du générateur et toujours avant le coupe tirage.

95

Mesure de température

On mesure la température des fumées à l’aide d’un thermomètre gradué de

0 à 500 °C qui sera placé dans l’orifice de prélèvement.

La précision n’étant pas très grande, attendre que la température se stabilise,

la repérer puis laisser le thermomètre refroidir dans l’air du local pour

repérer la température de l’air mesurée. C’est cet écart de températures qu’il

faudra prendre en compte dans les calculs des rendements.

96

Mesure du tirage ou de la dépression foyer

Mesure directe et continue d’une dépression par introduction dans la cheminée ou

dans le foyer de la sonde du déprimomètre.

- Placer l’appareil sur une surface plane et stable.

- Effectuer la mise à zéro de l’aiguille.

- Introduire l’embout métallique dans l’orifice prévu dans la cheminée ou dans le

foyer.

- Lire la dépression sur le cadran gradué. ( 1mmCE = 0,1 mbar )

97

Mesure d’opacité

L’opacité se mesure en faisant passer de la fumée prélevée avec une pompe que

l’on désigne souvent par le terme « smoke-test » à travers un papier filtre et en

comparant la teinte obtenue à un échelle graduée de 0 (blanc) à 9 (noir).

- Réchauffer l’appareil en aspirant un peu de fumée

- Mettre en place la bande de papier filtre dans l’appareil

- Introduire le tube rigide dans l’orifice de prélèvement

- Prélever l’échantillon en aspirant 10 coups de pompe

- Retirer le papier filtre et comparer sa teinte à celle de l’échelle type appelée

échelle « Bacharach »

98

Mesure de la teneur en CO2 ou de la teneur en O2

La mesure consiste à prélever un volume précis de fumée à l’aide d’une poire et à

le mélanger, après condensation et filtration, à la solution contenue dans

l’analyseur. Selon l’analyseur utilisé, la solution absorbera le CO2 ou l’O2, le

volume de solution va augmenter et c’est cette augmentation, lue sur une échelle

graduée de 0 à 21 qui donnera directement le pourcentage de CO2 ou d’O2 dans

les fumées sèches.

- Vérifier l’état et l’étanchéité du système de prélèvement

- Appuyer sur le clapet de l’analyseur pour faire descendre le liquide

- Mettre le 0 de l’échelle mobile face au niveau de liquide

- Introduire le tube et actionner la poire pour chasser l’air

- Appuyer à fond l’embout du tube sur le clapet de l’analyseur

- Presser lentement la poire 18 fois

- En maintenant la poire pressée, lever le doigt de l’embout

- Retourner l’analyseur 3 ou 4 fois pour mélanger fumée et solution

- Poser l’analyseur verticalement et lire le % sur l’échelle

99

Mesure de la teneur en CO

La mesure s’effectue par lecture de longueur de coloration d’une ampoule

éprouvette graduée à usage unique placée dans une pompe à main permettant le

prélèvement d’un volume précis de fumée.

- Déposer la poignée de la pompe

- Casser les deux embouts d’une ampoule

- Introduire l’ampoule dans le manche creux de la

pompe de façon à voir l’échelle dans la fenêtre

- Effectuer un prélèvement en actionnant la pompe 1fois

- Lire le résultat sur l’échelle N=1

- Si le résultat est faible, effectuer un nouveau

prélèvement en actionnant la pompe 9 fois

- Lire le résultat sur l’échelle N=10

100

Analyseurs électroniques

Ces analyseurs sont généralement équipés de cellules d’analyse d’O2 et de CO,

d’un thermocouple placé sur l’embout métallique, d’une pompe électrique de

prélèvement et d’un calculateur qui interprète les valeurs mesurées et, en fonction

de la programmation, restitue les résultats d’analyses et de calcul en continu sur

un écran. Ces résultats peuvent être imprimés, stockés ou utilisés pour des

applications informatiques

- Initialiser l’analyseur, la sonde dans l’air ambiant

- Programmer l’analyseur en suivant les consignes

- Introduire la sonde dans l’orifice de prélèvement

- Lire les résultats sur l’écran

- Imprimer et/ou stocker les résultats

101

Consommables

Papier pour smoke test

Solution réactive pour CO2

Solution réactive pour O2

Ampoules pour CO

102

Equipement réglementaire minimum des chaudières

Appareils requis

Puissance en MW

De 0,4

à 2

De 2

à 10

De 10

à 50

FOYER (chaudières en dépression)

- 1 déprimomètre indicateur

- 1 déprimomètre enregistreur

X

X

X

GAZ DE COMBUSTION

- 1 indicateur de température à la sortie chaudière

- 1 analyseur O2 ou CO2 portatif

- 1 analyseur O2 ou C02 automatique

X

X

X

X

X

X

FUMEES (combustibles autres que les gaz)

- 1 appareil manuel de mesure de l’indice de noircissement

- 1 appareil de mesure en continu de l’indice de noircissement

X

X

X

ALLURE DE FONCTIONNEMENT

- 1 indicateur de débit de fluide ou de combustible

- autre dispositif

X

X

X

Décret n° 98-817 du 11 septembre 1998

103

Rendement de combustion sur PCI

Rendement de combustion sur PCS

Rendement de combustion des appareils à condensation

Rendements de combustion

Valeurs réglementaires minimales de rendement chaudière

104

Dans la profession, on détermine le rendement de combustion par une

méthode indirecte :

h comb PCI = 100 % - pourcentage des pertes par fumées*

* L’émission d’imbrûlés solides (suie) ou gazeux (CO) étant très

strictement réglementée, la combustion devra être complète en excès

d’air (oxydante). Les pertes par une combustion incomplète devront

donc être minimes et seront négligées dans les calculs professionnels.

Seules les pertes par fumées sont prises en compte.

Rendement de combustion sur PCI 1/9

105

Le pourcentage des pertes par fumées dépend :

- du combustible utilisé,

Le volume de fumée neutre diffère selon le combustible.

- du volume de fumée réellement produit,

L’excès d’air de combustion augmente le volume de fumée.

- de l’élévation de la température des fumées.

Rendement de combustion sur PCI 2/9

106

Pour effectuer le calcul du pourcentage de pertes par les fumées, il

sera nécessaire :

- de mesurer :

- la température de l’air comburant au brûleur (temp air),

- la température des fumées à la buse sortie chaudière (temp fumées),

- le pourcentage de dioxyde de carbone des fumées sèches (% CO2),

- le pourcentage d’oxygène des fumées sèches ( % O2).

- de déterminer Xa ou X’a en fonction du combustible utilisé,

- d’utiliser les formules de Ser suivantes.

Rendement de combustion sur PCI 3/9

107

Formules de Ser

Si l’on a mesuré le CO2 :

Pertes fumées Xa ( temp fumées – temp air )

% CO2

=

Si l’on a mesuré l’O2 :

Pertes fumées X’a = ( temp fumées – temp air )

21 - % O2

Rendement de combustion sur PCI 4/9

108

Valeurs usuelles de Xa et de X’a

Combustible Xa X’a

Fioul lourd 0,59 0,80

Fioul domestique 0,57 0,78

Gaz naturel 0,47 0,84

Butane commercial 0,53 0,78

Propane commercial 0,51 0,76

Ces valeurs dépendent de l’excès d’air. Pour le fioul domestique par

exemple, Xa = ( 0,008 . CO2 ) + 0,48

Rendement de combustion sur PCI 5/9

109

Valeurs de Xa pour différents excès d’air

Combustible 10 % 20 % 30 %

Fioul lourd 0,640 0,621 0,615

Fioul domestique 0,585 0,565 0,558

Butane/propane 0,530 0,519 0,510

Gaz naturel 0,482 0,471 0,461

Rendement de combustion sur PCI 6/9

110

Formules de rendement de combustion sur PCI

( formules de Siegert )

h comb PCI 100 - Xa ( temp fumées – temp air )

% CO2

=

h comb PCI 100 - X’a ( temp fumées – temp air )

= 21 - % O2

Rendement de combustion sur PCI 7/9

111

Exemples de détermination de rendements de combustion

Exemple 1 :

Combustion oxydante de fioul domestique.

CO2 = 12,5 %, temp air = 20 °C, temp fumées = 250 °C

h comb PCI = 100 – 0,57 = 89,5 % ( 250 – 20 )

12,5

Exemple 2 :

Combustion oxydante de gaz naturel.

O2 = 3,5 %, temp air = 22 °C, temp fumées = 210 °C

h comb PCI = 100 – 0,84 = 90,9 % ( 210 – 22 )

( 21 – 3,5 )

Rendement de combustion sur PCI 8/9

112

Remarques

- Le rendement de combustion sur PCI peut être déterminé en utilisant la

réglette de calculs fournie dans les coffrets d’analyseurs de combustion

« manuels ».

- Le rendement de combustion sur PCI peut être donné directement par les

analyseurs de combustion électroniques.

- Ne pas confondre rendement de combustion et rendement chaudière.

Rendement de combustion sur PCI 9/9

113

h comb PCS = h comb PCI . PCI

PCS

Combustible PCI / PCS

Gaz manufacturés 0,89

Gaz naturels L 0,89

Gaz naturels H 0,90

Butane - Propane 0,92

Rendement de combustion sur PCS 1/2

114

Remarques

- Le rendement sur PCS est toujours inférieur à 100 %.

- Le rendement sur PCS est toujours inférieur au rendement sur PCI.

- Seuls les appareils à condensation peuvent avoir un rendement de combustion

sur PCI supérieur à 100 %.

- Le rendement sur PCS est surtout utilisé pour les combustibles gazeux.

Rendement de combustion sur PCS 2/2

115

1ére méthode :

- Calcul des pertes en chaleur sensible des fumées par mesure des températures et

du CO2 ou de l’O2.

- Calcul du gain en chaleur latente par mesure des condensats.

h comb PCI = ( 100 – pertes fumées ) + gain

Rendement de combustion des appareils à condensation 1/9

116

Le calcul des pertes par fumées est celui utilisé pour les appareils classiques, la

température fumée étant prise après le condenseur.

Pour le calcul du gain, il y aura besoin de mesurer :

- le débit de condensats produits en kg/h (que nous appellerons « L »),

- le débit de combustible en kg/h ou en m3(n)/h (que nous appellerons « Q »).

Le rapport L / Q représente la masse réelle de condensats récupérée par kg ou

par m3(n) de combustible brûlé.

Si l’on récupère toute l’eau produite par la combustion, le gain en chaleur

latente est maximal.

Si l’on récupère x % de l’eau produite par la combustion, le gain est de x % du

gain maximal.

Rendement de combustion des appareils à condensation 2/9

117

Le pourcentage de gain maximal sur PCI est :

% gain max = ( PCS – PCI )

PCI . 100

Le gain réalisé sur la chaleur latente dépend de L/Q réel, de L/Q max et du rapport

PCI/PCS du combustible.

gain = 100 . PCS

PCI - 1 .

L/Q réel

L/Q max

Les valeurs 100.((PCS/PCI)-1) et L/Q max dépendent de la teneur en hydrogène

du combustible.

Rendement de combustion des appareils à condensation 3/9

118

Combustible 100.((PCS/PCI)-1) L/Q max

GN Algérie 11,11 1,73 kg/m3(n)

GN Russie 11,11 1,55 kg/m3(n)

GN mer du nord 11,11 1,71 kg/m3(n)

GN Groningue 12,36 1,40 kg/m3(n)

Butane commercial 8,69 3,87 kg/m3(n)

1,49 kg/kg

Propane commercial 8,69 3,03 kg/m3(n)

1,53 kg/kg

Rendement de combustion des appareils à condensation 4/9

119

Une chaudière à condensation fonctionne au gaz d’Algérie.

Température de l’air comburant 20 °C

Température des fumées 60 °C

Teneur en O2 des fumées sèches 4 %

Volume de gaz lu au compteur en 2 minutes 1,5 m3

Température du gaz au compteur 15 °C

Pression du gaz au compteur 300 mbar

Pression atmosphérique 1 010 mbar

Volume de condensats récupérés en 5 minutes 4 litres

Exercice :

Calculez le rendement de combustion PCS du cas suivant.

Rendement de combustion des appareils à condensation 5/9

120

Pertes en chaleur sensible par les fumées :

0,84 (( 60 – 20 ) / ( 21 – 4 )) = 1,97 %

Débit de condensats récupérés :

L = ( 4 kg . 60 min/h ) / 5 min = 48 kg/h

Débit de gaz lu au compteur :

( 1,5 m3. 60 min/h ) / 2 min = 45 m3/h

Débit normal de gaz :

Q = (45 . 1310 . 273 ) / ( 1013 . 288 ) = 55,16 m3(n)/h

Rapport L/Q réel :

48 kg/h / 55,16 m3(n)/h = 0,87 kg/ m3(n)

Gain sur chaleur latente :

Gain = 11,11 % . ( 0,87 kg/ m3(n) / 1,73 kg/ m3(n) ) = 5,59 %

Rendement de combustion sur PCI :

( 100 – 1,97 ) + 5,59 = 103,62 %

Rendement de combustion sur PCS :

103,62 % . 0,9 = 93,26 %

Rendement de combustion des appareils à condensation 6/9

121

2éme méthode :

Lecture directe sur un diagramme défini pour le combustible utilisé, des

rendements de combustion sur PCI et sur PCS à partir des données suivantes :

- température des fumées,

- excès d’air par mesure du pourcentage de CO2 ou de l’O2.

Remarque:

L’abaque utilisé pages suivantes ne sert qu’à la démonstration.

Rendement de combustion des appareils à condensation 7/9

122

Température des produits de combustion

75

80

85

90

95

100

Rendement

en %

sur PCS

Rendement

en %

sur PCI

200

- 105

- 111

- 100

- 95

- 90

- 85

50 100 150

8 %

6 %

12 %

4 % 2 % % CO2

Rendement de combustion des appareils à condensation 8/9

123

Température des produits de combustion

75

80

85

95

100

Rendement

en %

sur PCS

Rendement

en %

sur PCI

200

- 105

- 111

- 95

- 90

- 85

50 100 150

8 %

6 %

12 %

4 % 2 % % CO2

Température fumée 40 °C, teneur en CO2 10 %

40

10 %

92 % 102 %

Rendement de combustion des appareils à condensation 9/9

124

Valeurs réglementaires minimales de rendement chaudière

Chaudières mises en service avant le 13 mars 2000 :

0,4 à 2 MW 2 à 10 MW 10 à 50 MW

Fioul domestique 85 86 87

Fioul lourd 84 85 86

Combustible gazeux 86 87 88

Combustible minéral solide 83 84 85

Chaudières mises en service après le 13 mars 2000 :

Puissance inférieure à 50 MW*

Fioul domestique 89

Fioul lourd 88

Combustible gazeux 90

Combustible minéral solide 86

* Aucun seuil de performance est imposé aux installations supérieures à 50 MW, les

exploitants étant considérés avertis et soucieux de l’utilisation rationnelle de l’énergie.

125

Définitions et unités

symbole définition unité

Va Volume d’air stœchiométrique

Pouvoir comburivore m3(n) d’air/unité de combustible

Vea Volume d’excès d’air m3(n) d’air/unité de combustible

Vda Volume de défaut d’air m3(n) d’air/unité de combustible

R Volume d’air réellement utilisé m3(n) d’air/unité de combustible

Ea, Da Excès d’air, défaut d’air %

Vfn Volume de fumées neutre m3(n) de fumées/unité de combustible

Vf ou Vfs Volume de fumées sèches m3(n) de fumées/unité de combustible

Vf’ ou Vfh Volume de fumées humides m3(n) de fumées/unité de combustible

N Taux d’aération ou Facteur d’air -

vF Vitesse de flamme m/s

Lii Limite inférieure d’inflammabilité % de combustible

Lis Limite supérieure d’inflammabilité % de combustible

W Indice de Wobbe -

PCI Pouvoir calorifique inférieur kWh/unité de combustible

PCS Pouvoir calorifique supérieur kWh/unité de combustible

126

Masse de CO2 produite

1 kWh de combustible dégage environ :

Hydrogène Gaz naturel Fioul Charbon

0 g

180 g

260 g

400 g

CO2