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 GM - CRE@TION

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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 %
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_
CO2
_
1428 litres
1437 litres
_
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_
2800 g
H2O
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(448 litres)
224 litres
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_
_
_
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
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1,6 litres
_
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_
146 ml/Nm3
2,60 g
N2 air de combustion
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6094 litres
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_
N2 (du charbon)
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6 litres
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F
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31,2 mg/th
26,8 mg/KWh
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FH
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23 ml/Nm3
215 mg
Oxydes d’azote Nox en NO2
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1,1 g/th
0,94 g/KWh
280 ml/Nm3
7,59 g
TOTAL
10956 litres
7536,4 litres
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