Generalites 11. Définition La combustion est une réaction chimique d’oxydation exothermique. C ombustible + Comburant Produits de Combustion +Chaleur





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COMBUSTION



INTRODUCTION : Pourquoi la combustion ?
- Pour produire de la chaleur et la transmettre à des installations d’eau chaude, à partir d’énergie fossile.
s
Pertes Pertes

Fumées Parois
s Prenons le cas d’une chaudière mixte, équipée d’un brûleur.



Chauffage

Eau Chaude Sanitaire


Combustible
Comburant O2
Etincelles





  1. GENERALITES

11. Définition


La combustion est une réaction chimique d’oxydation exothermique.

C
ombustible + Comburant Produits de Combustion +Chaleur


G
az ,bois... Air CO2 , H2O, N2, …

12. Nature et composition de l’air comburant


Le comburant est l’air atmosphérique dont la composition est la suivante :
Oxygène : O2 Dioxyde de carbone : CO2

Azote : N2 Gaz rares : Néon, Krypton…
En combustion, pour déterminer les quantités d’air théoriques, on utilise les pourcentages suivants :





% en Masse

% en Volume

O2

24

21

N2

76

79


13. Caractéristiques des combustibles
La composition générale des combustibles courants est donnée ci-dessous :
On distingue les combustibles suivants accompagnés de leurs compositions générales :





SOLIDE

LIQUIDE

GAZ Hydrocarbures

Constituants

C, H2O, Cendres

C ; H2 ; S

Mélanges CnHm, N2, CO2

Combustibles courants

Charbons, Anthracites, Bois

Fioul Domestique

Fiouls Lourds n°1 et 2

Gaz naturels, Butane et Propane commerciaux, Air propané


Exemple : gaz naturel = CH4 majoritairement
Bois « sec » : en moyenne 19% d’eau, 1% de cendres, 40% de Carbone, 5% d’Hydrogène, 35% d’Azote et d’Oxygène, mais la teneur en eau peut varier de quelques pour cents.
14. Produits de combustion (fumées)
Les produits de combustion (fumées) sont constitués de :



Principalement : Eventuellement :

4.Oxyde de soufre SO2

1. Dioxyde de carbone : CO2 5. Oxygène : O2

6. Monoxyde de carbone :CO

2. Vapeur d’eau : H2O 7. NOx : NO, NO2

3. Azote : N2 8. Hydrogène libre : H2

9. Imbrûlés solides ou gazeux

La présence et le pourcentage de ces constituants présents dans les produits de combustion permettront :

a) De définir le type de combustion

b) D’envisager les risques potentiels : - d’asphyxie pour les personnes

  • de corrosion du matériel (chaudière, conduit de fumées)

  • de pollutions atmosphériques

c) D’affiner les réglages du brûleur et d’améliorer les rendements.

Compléments sur les NOx (Oxydes d’azote)


L’azote de l’air reste globalement neutre dans la combustion. Une infime partie est oxydée.Ils ne sont pas pris en compte dans les équations de combustion classique, mais sont à l’origine des pluies acides par formation d’acide nitrique. C’est pourquoi des textes de loi limitant les rejets de NOx existent selon le combustible et la puissance.


15. Les différents types de combustion



Il ne suffit pas de mettre en présence un combustible, de l’air et une étincelle pour réaliser une bonne combustion : Selon la quantité d’air, les réglages de l’appareil de combustion, la cheminée…, la combustion sera de plus ou moins bonne « qualité », c'est-à-dire :

- Sans produit toxique pour l’homme ou l’environnement dans les fumées

- Avec un bon rendement
C’est pour cette raison que l’on étudie les différents types de combustion
La combustion est complète si la totalité du combustible est oxydée. A contrario elle est incomplète s’il y a présence de combustible dans les fumées, ou si certains composants sont partiellement oxydés (ex : CO)
La combustion est dite stœchiométrique, neutre ou théorique si l’air comburant est en quantité suffisante et strictement nécessaire à la combustion complète de l’unité de combustible. Les fumées ne contiennent pas d’oxygène.
La combustion est oxydante ou en excès d’air si une partie de l’air comburant est utilisé pour l’oxydation du combustible, l’autre partie se retrouvant dans les fumées.
La combustion est dite réductrice ou en défaut d’air si le volume d’air admis pour la combustion de l’unité de combustible est inférieur au volume d’air stœchiométrique ; l’oxygène y est néanmoins totalement utilisé donc pas de présence d’O2 dans les fumées, mais il y a formation de monoxyde de carbone (CO).

Sans entrer dans les formules chimiques de combustion, il est indispensable de connaître les paramètres de combustion suivants :

- Les pouvoirs calorifiques des combustibles

  1. Les Pouvoirs Calorifiques :




Le pouvoir calorifique d’un combustible est la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète, sous la pression atmosphérique normale, de l’unité de combustible, celui-ci ainsi que les produits de combustion étant à 0 °C.
 Notation : PC

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

 Remarque : (n) signifie que toutes les réactions se produisent dans les conditions normales de température et de pression.
Le pouvoir calorifique est dit inférieur (PCI) quand l’eau résultant de la combustion de l’hydrogène et des hydrocarbures est supposée à l’état de vapeur dans les produits de combustion.
Le pouvoir calorifique est supérieur (PCS) quand cette eau de combustion est ramenée à l’état liquide dans les fumées.





Lv=2500 kJ/kg aux CNTP
Masse d’eau contenue dans les fumées

Elle dépend de la quantité d’hydrogène présente dans le combustible
Exemple : m(H2O) = 1,6 kg dans les fumées pour la combustion de 1 m3(n) de gaz naturel
Quelques PCI/PCS

Gaz naturel : PCI et PCS d’environ 10.2 kWh / m3(n) et 11.3 kWh / m3(n)

Fioul domestique : PCI et PCS d’environ 10 kWh / l(n) et 11 kWh / l(n)
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