LA COMBUSTION jean-marc.ringot@afpa.fr 2007

Bases de la combustion Grandeurs de la combustion Diagrammes de combustion Analyses de combustion Rendements de combustion Recherche par mot clé Définitions et unités

Analyseurs électroniques Indice de Wobbe Temp théorique de flamme Combustion du carbone Limites d’inflammabilité Temp d’auto-inflammation Combustion de l’hydrogène Mesure de la teneur en CO Valences des éléments Combustion du méthane Mesure de la teneur en CO2 ou en O2 Valeurs régl. Rend. chaudière Combustion du soufre Mesure de température Vitesse de flamme Combustion mi-oxydante Mesure d’opacité Combustion mi-réductrice Mesure du tirage ou de la dépression Combustion oxydante Molécules de corps composés Combustion oxydo-réductrice Molécules de corps simples Combustion réductrice NOx Combustion stœchiométrique Point d’éclair Consommables Point de rosée Défaut d’air Point d’inflammation Diagramme de Biard Pouvoir calorifique Diagrammes d’Ostwald Production d’acide sulfurique Eléments de base Rendement de combustion sur PCI Effets du CO sur l’homme Rendement de combustion sur PCS Equipement réglementaire Rendement des app. à condensation Excès d’air Teneur en CO2 Facteur d’air Teneur en O2

Bases de la combustion Les éléments de base de la combustion Valences des éléments Molécules de corps simples Molécules de corps composés Combustion du carbone Combustion du soufre Combustion de l’hydrogène Combustion du méthane NOx Combustion stœchiométrique Combustion oxydante Combustion réductrice Combustion mi-réductrice Combustion mi-oxydante Combustion oxydo-réductrice Production d’acide sulfurique

Les éléments de base de la combustion Le « C H O N S » Carbone Hydrogène Oxygène Azote Soufre S O N C H 12 g 1 g 16 g 14 g 32 g

C S Carbone Hydrogène Oxygène Azote Soufre O N 2 4 4 1 2 3 6 Valences des éléments Carbone Hydrogène Oxygène Azote Soufre S O C N H 2 4 4 1 2 3 6

Molécules de corps simples Azote Hydrogène Oxygène O N H H2 O2 N2 2 g 28 g 32 g

Molécules de corps composés 1/6 Méthane Eau Ammoniaque O H C H N H CH4 H2O NH3 16 g 18 g 17 g

Molécules de corps composés 2/6 Monoxyde de carbone Dioxyde de carbone O C O C CO CO2 28 g 44 g

Molécules de corps composés 3/6 Anhydride sulfureux Anhydride sulfurique O S O S SO2 SO3 64 g 80 g

Molécules de corps composés 4/6 Acide sulfurique O S H H2SO4 98 g

Molécules de corps composés 5/6 Méthane Ethane H C H C CH4 C2H6 16 g 30 g

Molécules de corps composés 6/6 Butane Propane H C H C C3H8 C4H10 44 g 58 g

Combustion du carbone 1/4 Dioxyde de carbone Carbone Oxygène O O C C C O2 CO2 12 g 32 g 44 g 22,4 litres 22,4 litres

Combustion du carbone 2/4 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 que l’on retrouvera dans les fumées 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 3/4 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) soit 8 888 litres de fumées et dégage environ 9,1 kWh

Combustion du carbone 4/4 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…)

S O2 SO2 S S Anhydride sulfureux Soufre Oxygène O O 32 g 32 g 64 g Combustion du soufre 1/3 Anhydride sulfureux Soufre Oxygène O S S O S O2 SO2 32 g 32 g 64 g 22,4 litres

Combustion du soufre 2/3 S SO2 O2 ( + 79/21 N2 ) + 79/21 N2 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 que l’on retrouvera dans les fumées 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

Pour brûler 1 kg de soufre il faut : 700 litres d’O2 Combustion du soufre 3/3 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 soit 3 333 litres de fumées et dégage environ 2,5 kWh

Combustion de l’hydrogène 1/3 Oxygène Eau H O H O H O H 2H2 O2 2H2O 4 g 32 g 36 g 44,8 litres 22,4 litres 44,8 litres

Combustion de l’hydrogène 2/3 2H2O O2 ( + 79/21 N2) + 79/21 N2 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 que l’on retrouvera dans les fumées 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 3/3 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 soit 32 266 litres de fumées humides et dégage environ 33,6 kWh PCI 39,2 kWh PCS

CH4 2O2 2H2O CO2 C C Dioxyde de carbone Méthane Oxygène Eau O O O O O Combustion du méthane Dioxyde de carbone Méthane Oxygène Eau O H O H C O C O H O CH4 2O2 2H2O CO2 16 g 64g 44 g 36 g 22,4 litres 44,8 litres 22,4 litres 44,8 litres

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.

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

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.

N2O (protoxyde d’azote) durée de vie de plusieurs siècles Les Nox 4/4 0,01 % N2O (protoxyde d’azote) durée de vie de plusieurs siècles 4,99 % NO2 (peroxyde d’azote) durée de vie de quelques semaines 95 % NO (oxyde d’azote) durée de vie de quelques heures

Combustion stœchiométrique Complète sans excès ni défaut d’air N2 Vfn N2 Va S SO2 H2 H2O C O2 CO2 combustible air fumées

Complète en excès d’air Combustion oxydante O2 N2 Vea Complète en excès d’air O2 N2 Vea R N2 Vfn N2 Va S SO2 H2 H2O C O2 CO2 combustible air fumées

Combustion réductrice Incomplète en défaut d’air Vfn N2 Vda Va N2 R S S H2 SO2 H2 C H2O C O2 CO CO2 combustible air fumées

Combustion mi-réductrice Incomplète en défaut d’air Avec oxygène dans les fumées Vfn O2 N2 Vda Va N2 R S S H2 SO2 H2 C H2O C CO O2 CO2 combustible air fumées

Combustion mi-oxydante Vea Incomplète en excès d’air O2 N2 Vea R N2 Vfn N2 Va S S SO2 H2 H2 H2O C C O2 CO CO2 combustible air fumées

Production d’acide sulfurique SO2 excès d’air catalyseur acide sulfurique = + Si présence d’un catalyseur tel que le chrome ou le vanadium dans le combustible O2 N2 N2 N2 S SO3 H2 SO2 SO4H2 C H2O O2 CO2 combustible air fumées

Combustion oxydo-réductrice Incomplète sans excès ni défaut d’air O2 N2 N2 Va R S S H2 SO2 H2 C H2O C O2 CO CO2 combustible air fumées

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

Grandeurs de la combustion Facteur d’air Excès d’air Défaut d’air Teneur en CO2 Teneur en O2 Effets du CO sur l’homme Relation CO / CO2 Température théorique de flamme Limites d’inflammabilité Point d’éclair Point d’inflammation Température d’auto-inflammation Vitesse de propagation du front de flamme Indice de Wobbe Pouvoir calorifique Point de rosée

Facteur d’air 1/5 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

En combustion stœchiométrique : R = Va Facteur d’air 2/5 En combustion stœchiométrique : R = Va Par conséquent : N = R Va = 1

En combustion oxydante : R > Va Facteur d’air 3/5 En combustion oxydante : R > Va Par conséquent : N = R Va > 1

En combustion réductrice : R < Va Facteur d’air 4/5 En combustion réductrice : R < Va Par conséquent : N = R Va < 1

Facteur d’air 5/5 Rappel : N > 1 Excès d’air Défaut d’air N < 1

Excès d’air 1/2 L’excès d’air ( Ea ), est le rapport du volume d’excès d’air ( Vea ) sur le volume d’air théorique ( Va ). Ea = Vea Va

= N = R Va Va + Vea Va Vea Va = 1 + = 1 + Ea N = 1 + Ea ou Ea = N - 1 Excès d’air 2/2 Or : N = R Va = Va + Vea Va Vea Va = 1 + = 1 + Ea D’où : N = 1 + Ea ou Ea = N - 1

Défaut d’air 1/2 Le défaut d’air (Da), est le rapport du volume de défaut d’air (Vda) sur le volume d’air théorique ( Va ). Da = Vda Va

= N = R Va Va - Vda Va Vda Va = 1 - = 1 - Da N = 1 - Da ou Da = 1 - N Défaut d’air 2/2 Or : N = R Va = Va - Vda Va Vda Va = 1 - = 1 - Da D’où : N = 1 - Da ou Da = 1 - N

Vea CO2 N2 Vfs O2 N2 C H2 S Vco2 combustible air fumées Teneur en CO2 1/6 Vea CO2 H2O SO2 N2 Vfs O2 N2 C H2 S Vco2 combustible air fumées

Teneur en CO2 2/6 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.

Vco2 Teneur CO2 Vfs réel Vco2 Teneur CO2 Vfsn + Vea Vco2 Teneur en CO2 3/6 Teneur CO2 = Vco2 Vfs réel Teneur CO2 = Vco2 Vfsn + Vea Teneur CO2 neutre = Vco2 Vfsn

CO2 neutre des combustibles usuels Combustible CO2 neutre Teneur en CO2 4/6 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 %

Vfs CO2 n - CO2 réel Excès d’air x Va CO2 réel Teneur en CO2 5/6 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

Rapport Vfs / Va des combustibles usuels Teneur en CO2 6/6 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 Gaz naturel Algérie 0,9 Gaz naturel mer du Nord Gaz naturel Russie

Vea O2 N2 Vo2 CO2 N2 Vfs O2 N2 C H2 S combustible air fumées Teneur en O2 Vea O2 N2 Vo2 CO2 H2O SO2 N2 Vfs O2 N2 C H2 S combustible air fumées

Teneur en O2 2/3 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)

Excès d’air x O2 réel 21 - O2 réel Vfs Va Teneur en O2 3/3 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

79 . O2 Excès d’air [ 0,21 . ( 100 - CO2 ) ] - O2 Teneur en O2 et en CO2 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

Exemple : CO2 = 10 % , O2 = 4 % , (IB = 0 et CO = 0 %) Teneur en O2 et en CO2 Exemple : CO2 = 10 % , O2 = 4 % , (IB = 0 et CO = 0 %) 79 . 4 316 316 316 Ea = = = = = 21,2 [ 0,21 . ( 100 - 10 ) ] - 4 ( 0,21 . 90 ) - 4 18,90 - 4 14,90 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.

Teneur en O2 et en CO2

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.

Teneur maximale autorisée 0,01 % Effets du CO sur l’homme 2/2 % de CO dans l’air ambiant 0,16 0,14 0,12 MORT 0,10 0,08 DANGER 0,06 nausées 0,04 Effets perceptibles 0,02 Effets non perceptibles Teneur maximale autorisée 0,01 % 0,00 1 h 2 h 3 h 4 h Temps d’exposition

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.

Température théorique de flamme 1/3 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 2/3 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 2765 °C Gaz naturel Groningue 1930 °C 2750 °C Propane commercial 2010 °C 2840 °C Butane commercial 2005 °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 3/3 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.

Lii Lsi 0 % 100 % combustible comburant 100 % 0 % Limites d’inflammabilité 1/2 Limite inférieure d’inflammabilité Limite supérieure d’inflammabilité Zone d’explosion Lii Lsi 0 % 100 % combustible N>1 N<1 inflammation possible comburant 100 % 0 % Inflammation impossible Mélange trop pauvre Inflammation impossible Mélange trop riche

Limites d’inflammabilité 2/2 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 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 %

Combustible Valeurs moyennes Essence - 16……….+ 10 °C Pétrole 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

Liquides particulièrement inflammables < 0 °C 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

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.

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…)

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

Vitesse de propagation du front de flamme 1/2 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.

Mélanges air–combustibles à 0 °C Combustible Vitesse de propagation Vitesse de propagation du front de flamme 2/2 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 La vitesse augmente avec la température de la flamme

PCS W = d W . p = constante Indice de Wobbe 1/3 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

Nature du gaz W « famille » Gaz naturels Algérie 15,5 2 Russie 14,4 Indice de Wobbe 2/3 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

Indices de Wobbe et pressions d’interchangeabilité Indice de Wobbe 3/3 Indices de Wobbe et pressions d’interchangeabilité 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

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.

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.

Ces valeurs sont des valeurs moyennes 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 Groningue 9,1 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

Ces valeurs sont des valeurs moyennes 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

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.

Points de rosée en combustion stœchiométrique avec de l’air sec. 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 130 °C Le point de rosée diminue lorsque l’excès d’air augmente.

Points de rosée en combustion oxydante avec divers excès d’air. Point de rosée 3/3 Points de rosée en combustion oxydante avec divers excès d’air. Nature du gaz Excès d’air 0 % 20 % 40 % 60 % Lacq 59.2 55.6 52.7 50.2 Algérie (Fos) 59.1 50.1 Algérie (Montoir) 59.0 55.5 52.6 50.0 Mer du Nord Russie Groningue 58.8 52.5 Propane commercial 53.9 50.5 48.0 45.5 Butane commercial 53.6 48.5 47.5 45.0 Le point de rosée diminue lorsque l’excès d’air augmente.

Diagrammes de combustion Diagramme de Biard Diagrammes d’Ostwald

Combustion incomplète Diagramme de Biard stœchiométrique 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 Teneur en dioxyde de carbone dans les fumées sèches 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 CO2 n Réductrice Droite de combustion oxydante N = 1 Oxydo-réductrice Combustion incomplète N < 1 N > 1 Mi-oxydante Mi-réductrice 20,9 %

___ ___ O2 = 5 % CO2 = 8,5 % N = 1,2 8,5 5 Combustion mi oxydante (H2) (CO) (CO2) (CO2) ___ ___ O2 = 5 % CO2 = 8,5 % 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 Teneur en dioxyde de carbone dans les fumées sèches 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Combustion mi oxydante Excès d’air = 20 % N = 1,2 CO = 0,1 . 8,5 = 0,85 % 0,08 0,1 H2 = 0,08 . 8,5 = 0,68 % 8,5 5

___ ___ O2 = 4 % CO2 = 10 % N = 1,2 10 4 Combustion oxydante (H2) (CO) (CO2) (CO2) ___ ___ O2 = 4 % CO2 = 10 % 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 Teneur en dioxyde de carbone dans les fumées sèches 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Combustion oxydante Excès d’air = 20 % 0,0 0,0 CO = 0,0 . 10 = 0 % N = 1,2 H2 = 0,0 . 10 = 0 % 10 4

(H2) (CO) (CO2) (CO2) ___ ___ O2 = 4 % CO2 = 10 % 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 Teneur en dioxyde de carbone dans les fumées sèches 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Combustion oxydante ? Excès d’air environ 20 % CO = ? . 10 = ?? % N = 1,2 ? H2 = ? . 10 = ?? % 10 Seule la mesure du CO permet de s’assurer que la combustion est complète. 4

Zone d’excès d’air trop faible Zone inutilisable du diagramme (H2) (CO) (CO2) (CO2) ___ ___ 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 Teneur en dioxyde de carbone dans les fumées sèches 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Zone d’excès d’air trop faible Zone inutilisable du diagramme Zone de combustion correcte Zone d’excès d’air trop important Zone d’excès de CO

Fioul domestique Diagramme d’Ostwald 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Teneur en CO2 dans les gaz brûlés 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 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 2.0 2.5 Facteur d’air Fioul domestique

Gaz naturel Diagramme d’Ostwald Facteur d’air Teneur en CO2 dans les gaz brûlés secs 0 2 4 6 8 10 12 14 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 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.6 1.8 2.0 Facteur d’air Gaz naturel

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

Analyses de combustion Généralités Mesure de température 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 Consommables Equipement réglementaire minimum des chaudières Ordres de grandeurs d’une bonne combustion

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.

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.

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 )

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 »

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

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

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

Consommables Papier pour smoke test Solution réactive pour CO2 Solution réactive pour O2 Ampoules pour CO

Décret n° 98-817 du 11 septembre 1998 Equipement réglementaire minimum des chaudières Décret n° 98-817 du 11 septembre 1998 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 GAZ DE COMBUSTION 1 indicateur de température à la sortie chaudière 1 analyseur O2 ou CO2 portatif 1 analyseur O2 ou C02 automatique 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 ALLURE DE FONCTIONNEMENT 1 indicateur de débit de fluide ou de combustible autre dispositif

Ordres de grandeurs d’une bonne combustion Fioul domestique Gaz naturel Propane Butane Petite puissance Moyenne puissance O2 4.5 à 6 % 3.5 à 6 % 3 à 6.5 % 2.5 à 6 % 3 à 6 % CO2 11 à 12 % 11 à 13 % 8 à 10 % 8.5 à 10.5 % 10 à 12 % N ou λ 1.30 à 1.40 1,20 à 1.40 1.20 à 1.45 1.15 à 1.40 1.10 à 1.40 Opacité 0 à 1 - CO 0 à 100 ppm NO Température fumées Installation ancienne : 240 à 260 °C Installation récente : 200 à 240 °C Installation « basse température » : 160 à 200 °C Tirage De 0,10 à 0,20 mbar En bleu, la valeur « optimale ». Ces valeurs sont des moyennes, il faut adapter son réglage à l’état de l’installation et à la fiabilité du réglage.

Rendements de combustion Rendement de combustion sur PCI Rendement de combustion sur PCS Rendement de combustion des appareils à condensation Valeurs réglementaires minimales de rendement chaudière

h comb PCI = 100 % - pourcentage des pertes par fumées* Rendement de combustion sur PCI 1/9 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 2/9 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 3/9 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 4/9 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

Combustible Xa X’a Fioul lourd 0,59 0,80 Fioul domestique 0,57 0,78 Rendement de combustion sur PCI 5/9 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 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

Combustible 10 % 20 % 30 % Fioul lourd 0,640 0,621 0,615 Rendement de combustion sur PCI 6/9 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

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 8/9 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 9/9 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 PCS 1/2 h comb PCS = h comb PCI . PCI PCS Combustible PCI / PCS Gaz manufacturés 0,89 Gaz naturels L Gaz naturels H 0,90 Butane - Propane 0,92

Rendement de combustion sur PCS 2/2 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.

h comb PCI = ( 100 – pertes fumées ) + gain Rendement de combustion des appareils à condensation 1/9 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 2/9 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 3/9 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 4/9 Combustible 100.((PCS/PCI)-1) L/Q max GN Algérie 11,11 1,73 kg/m3(n) GN Russie 1,55 kg/m3(n) GN mer du nord 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 3,03 kg/m3(n) 1,53 kg/kg

Rendement de combustion des appareils à condensation 5/9 Exercice : Calculez le rendement de combustion PCS du cas suivant. 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

Rendement de combustion des appareils à condensation 6/9 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 7/9 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 8/9 75 80 85 90 95 100 Rendement en % sur PCS 200 - 105 - 111 - 100 - 95 - 90 - 85 50 100 150 8 % 6 % 12 % 4 % 2 % Rendement en % sur PCI % CO2 Température des produits de combustion

Température fumée 40 °C, teneur en CO2 10 % Rendement de combustion des appareils à condensation 9/9 Température fumée 40 °C, teneur en CO2 10 % 75 80 85 95 100 200 - 105 - 111 - 95 - 90 - 85 50 100 150 8 % 6 % 12 % 4 % 2 % 92 % 102 % 10 % Rendement en % sur PCI Rendement en % sur PCS % CO2 40 Température des produits de combustion

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 Combustible gazeux 88 Combustible minéral solide 83 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.

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 Vda Volume de défaut d’air R Volume d’air réellement utilisé 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 Vf’ ou Vfh Volume de fumées humides 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 W Indice de Wobbe PCI Pouvoir calorifique inférieur kWh/unité de combustible PCS Pouvoir calorifique supérieur

1 kWh de combustible dégage environ : Masse de CO2 produite 1 kWh de combustible dégage environ : CO2 400 g 260 g 180 g 0 g Hydrogène Gaz naturel Fioul Charbon