LA COMBUSTION THERMIQUE
Calcul des rejets dans l’atmosphère
EXEMPLE DE COMBUSTION DU CHARBON :
1) Caractéristiques chimiques et thermiques du charbon :
- l’analyse élémentaire sur produit sec donne :
               Carbone C en % : 77           P.C.S. :
7150 Kcal/Kg = 7,15 th/Kg
               Hydrogène H en % : 4         P.C.I. : 6900
Kcal/Kg (sur sec) = 6,9 th/Kg
               Oxygène O en % : 7
               Soufre S en % : 1
               Azote N en % : 0,75
               Chlore Cl en % : 0,25
               Fluor F en mg / Kg 230 mg / Kg
               Cendre (imbrulés) en % : 10
- caractéristique des cendres de charbon : l’analyse laboratoire donne :
TYPE DE CENDRES
|
Soufre S %
|
Chlore CL %
|
Perte au feu %
|
Fluor F en mg/Kg
|
Cendres Volantes
(coté fumées sortie chaudière ) = 85 % |
0,04
|
0,03
|
0,8
|
170
|
Cendres de Foyer
(recueillis dans le cendrier) = 15 % |
0,01
|
0,04
|
0
|
35
|
- Soufre, Chlore et Fluor combustible dans 1 Kg de charbon consommé :
° poids de cendres volantes rejettés : (100 x 0,85)/(1-0,008) = 85,7 g pour 1 Kg de charbon
° poids de cendres de foyer recupérées au cendrier : 100 x 0,15 = 15 g pour 1 Kg de charbon
° teneur en S combustible présent dans 1 Kg de charbon :
               10 - {(85,7 x 0,04)/100 + (15 x 0,01)/100} = 9,96 g / Kg de charbon
              d’où S combustible en % du S total : (9,96 x 100)/10 = 99,6 %
° teneur en Cl combustibleprésent dans 1 Kg de charbon :
               2,5 - {(85,7 x 0,03)/100 + (15 x 0,04)/100} = 2,47 g / Kg de charbon
              d’où Cl combustible en % du Cl total: (2,47 x 100)/2,5 = 98,7 %
° teneur en F combustibleprésent dans 1 Kg de charbon :
               230 - {(85,7 x 170)/1000 + (15 x 35)/1000} = 215 mg / Kg de
charbon
               d’où F combustible en % du F total : (2,14 x 100)/230 = 93,4 %
2) Combustion du charbon:
2-1) - Calcul de la composition et du volume des fumée résultant de la combustion de 1 Kg de charbon :
_
|
Volume en litres
|
O2 nécessaire à la
combustion |
C + O2 >
CO2 |
(770 x 22,26)/12 =
1428 l de CO2 |
(770 x 22,39)/12 =
1437 l d’O2 |
2H + 1/2O2
> H2O |
(40 x 22,4)/2 = 448
l d’H2O |
(40 x 11,2)/2 = 224
l d’O2 |
S combustible + O2
> SO2 |
(10 x 21,89)/32 =
6,8 l de SO2 |
(10 x 22,39)/32 = 7
l d’O2 |
CL combustible + H
> ClH |
(2,5 x 22,24)/35,5
= 1,6 l de HCl |
_
|
N > N2
|
(7,5 x 22,4)/28 = 6
l de N2 |
_
|
D’où volume des
fumes incondensables en litres |
1442,4 litres
|
_
|
               - O2 présent dans le charbon : (70 x 22,39)/32 = 49 litres
               - O2 nécessaire à la combustion : 1437 + 224 + 7 - 49 = 1619 litres
               - Volume d’air correspondant à cette consommation d’oxygène : 1619/0,2099
= 7713 litres
               - Azote N2 dans l’air de combustion : 7713 - 1619 = 6094 litres
               - Azote N2 Total dans les fumées : 6094 + 6 = 6100 litres
Volume et composition des fumée neutres :
CO2
|
1428 litres
|
18,9 %
|
N2
|
6100 litres
|
80,99 %
|
SO2
|
6,8 litres
|
0,0923 %
|
ClH
|
1,6 litres
|
0,0212 %
|
TOTAL
|
7536,4 litres
|
100 %
|
2-2) - SO2, CL et F rejetés en masse par thermie th produite ou KWh thermique produit :
              ( sachant que 1 KWh = 0,86 thermie )
              SO2 = (9,96 x 64)/(6,900pci x 32) = 2,89 g / th = 2,48 g/KWh
pour 1 Kg de charbon brûlé
                            (9,96 provenant du S
combustible)
              Cl = (2,47/6,900) = 0,36 g / th = 0,31 g/KWh pour 1 Kg de
charbon brûlé
              F = 215/6,900 = 31,16 mg / th = 26,8 mg/KWh pour 1 Kg de
charbon brûlé
2-3) - Volume des fumées réelles résultant de la combustion de 1 Kg de charbon :
On réalité on mesure un CO2 dans les fumées de l’ordre de 13 % à comparer au 18,9 % calculé précédemment ; ceci veut dire
que l’on fonctionne avec un excès d’air ; d’où le volume réel de fumées :
              (7536,4 x 18,9)/13 = 10956 litres
              - l’air excédentaire dans les fumées étant de : 10956 - 7536,4 = 3419,6 litres
              exprimé en % : (3419,6 x 100)/(7526,4 + 3419,6) = 31 %
              - volume d’air excédentaire y ajouté à 100 litres de fumées neutres :
                            (18,9 x 100)/(100 + y) = 13
                            d’où : y = 45,4
litres (équivaut à un excès d’air de 31 %)
2-4) - SO2, CL et F rejetés à la sortie de la cheminée en volume Nm3 :
              SO2 = 923/1,454 = 635 ml/Nm3 de fumées
              ClH = 212/1,454 = 146 ml/Nm3 de fumées
              FH = (215 x 22,4)/(19)x(7,536x1,454) = 23 ml/Nm3 de fumées
2-5) - Oxyde d’azote N2 par thermie th produite ou KWh thermique produit :
              ( sachant que 1 KWh = 0,86 thermie )
              - les mesures donnent en moyenne 280 ml/ Nm3 de NO2
                            d’où
0,280 x 10,956 = 3,68 litres de NO2 par Kg de charbon
              - sachant que le poids spécifique de NO2 est de 2,05 g / l ,
                            on obtient :
3,68 x 2,05 = 7,54 g par Kg de charbon
                            ce qui nous
donne 7,54/6,900 = 1,1 g / th = 0,94 g/KWh
2-6) - RECAPITULATIF - la combustion de 1 kg de charbon (à 10 % de cendres où d’imbrûlés) donne :
Combustion 1 Kg
Charbon (à 10 % de cendres) |
Volume réel des
fumées |
Fumées neutres
|
Besoin O2
|
Rejet par thermie
|
Rejet par KWh
|
Rejets Cheminée
(volume) |
Rejets Cheminée
(poids) |
Excès d’air
|
31 %
|
_
|
_
|
_
|
_
|
_
|
_
|
CO2
|
_
|
1428 litres
|
1437 litres
|
_
|
_
|
_
|
2800 g
|
H2O
|
_
|
(448 litres)
|
224 litres
|
_
|
_
|
_
|
_
|
SO2
|
_
|
6,8 litres
|
7 litres
|
2,89 g/th
|
2,48 g/KWh
|
635 ml/Nm3
|
19,92 g
|
Cl
|
_
|
_
|
_
|
0,36 g/th
|
0,31 g/KWh
|
_
|
2,47 g
|
HCl
|
_
|
1,6 litres
|
_
|
_
|
_
|
146 ml/Nm3
|
2,60 g
|
N2 air de
combustion |
_
|
6094 litres
|
_
|
_
|
_
|
_
|
_
|
N2 (du charbon)
|
_
|
6 litres
|
_
|
_
|
_
|
_
|
_
|
F
|
_
|
_
|
_
|
31,2 mg/th
|
26,8 mg/KWh
|
_
|
_
|
FH
|
_
|
_
|
_
|
_
|
_
|
23 ml/Nm3
|
215 mg
|
Oxydes d’azote Nox
en NO2 |
_
|
_
|
_
|
1,1 g/th
|
0,94 g/KWh
|
280 ml/Nm3
|
7,59 g
|
TOTAL
|
10956 litres
|
7536,4 litres
|
_
|
_
|
_
|
_
|
_
|

|