Combustion du gaz
LA COMBUSTION
DU GAZ
J-M R. D-BTP
2006
1
Composition des gaz
Grandeurs caractéristiques des gaz naturels
Grandeurs caractéristiques des gaz de pétrole
P.C.I. et P.C.S. des gaz naturels
P.C.I. et P.C.S. des gaz de pétrole
Grandeurs caractéristiques des gaz
Grandeurs caractéristiques des gaz
Mesures et appareils de mesures
Diagrammes de Biard
Rendements de combustion sur P.C.I.
Rendements de combustion sur P.C.S.
2
Composition des gaz
Nature du gaz
Gaz naturels
Gaz de
pétrole et leur
mélange avec
l’air
CH4
C2H4
C3H6
C3H8
C4H8
C4H8
C4H10
C5H12
02
N2
CO2
Lacq
97,3
_
2,1
_
0,2
_
O,1
_
_
0,3
_
Algérie
( Le Havre)
87
_
9,4
_
2,6
_
0,1
_
_
0,4
_
Algérie (Fos)
91,2
_
6,5
_
1,1
_
0,6
_
_
1
_
Algérie
(Montoir)
87,1
_
8,8
_
2,5
_
0,2
_
_
0,8
_
Mer du Nord
88,6
_
4,6
_
1,1
_
0,8
0,1
_
3,9
1,4
Russie
92,3
_
3,2
_
0,8
_
0,3
0,1
_
3
0,4
Groningue
82,9
_
3,2
_
0,6
_
0,2
0,1
_
12
1
Propane
_
0,5
2
30
65,5
_
2
_
_
_
_
Butane
_
3,2
_
_
6,1
21,8
68,6
0,3
_
_
_
Air propané à
7,5 kWh/m3(n)
_
0,2
0,5
8,3
18,2
-
0,5
-
15,2
57,1
_
Air Propané à
15,6 kWh/m3(n)
_
0,3
1,1
17,2
37,6
--
1,1
-
9
33,7
_
3
Grandeurs de combustion des gaz naturels
Va
Vfh
Vfs
VH20
mH20
VCO2
C02 max
Nature du gaz
m3 / m3(n) m3 / m3(n) m3 / m3(n) m3 / m3(n) kg / m3(n) m3 / m3(n)
Gaz
naturels
%
Lacq
9,9
10,7
8,7
2,03
1,63
1,3
11,8
Algérie
(Le Havre)
10,7
11,8
9,6
2;16
1,74
1,16
12,1
Algérie (Fos)
10,1
11,2
9,1
2,08
1,67
1,09
11,9
Algérie
(Montoir)
10,6
11,7
9,6
2,15
1,73
2,5
12,1
Mer du Nord
9,6
10,6
8,7
1,98
1,59
1,1
12
Russie
9,6
10,7
8,7
2
1,6
0,8
11,9
Groningue
8,7
9,7
7,9
1,8
1,44
0,6
11,8
4
Grandeurs de combustion des gaz de pétrole
VH20
mH20
VCO2
C02
max
Va
Vfh
Vfs
m3 / m3(n)
m3 / m3(n)
m3 / m3(n)
Propane
23,5
25,4
2
3,77
3,03
65,5
14,1
Butane
30,7
33,1
_
4,82
3,87
6,1
14,3
5,7
6,9
0,5
1,03
0,82
18,2
14,1
12,9
14,4
1,1
2,14
1,72
37,6
14,1
5,5
6,8
1,1
0,99
0,79
37,6
14,3
Nature du gaz
Gaz de
pétrole Air propané à
et leur 7,5 kWh/m3(n)
mélange
avec l’air Air propané à
15,6 kWh/m3(n)
Air butané à
7,3 kWh/m3(n)
m3 / m3(n) kg / m3(n) m3 / m3(n)
%
5
P.C.I. et P.C.S. des gaz naturels
PCI
PCI
PCS
PCS
kWh/m3(n)
kWh/kg
kWh/m3(n)
kWh/kg
Lacq
10,2
13,8
11,3
15,3
Algérie
(Le Havre)
11,2
13,6
12,4
15,1
Algérie (Fos)
10;6
13,6
11,8
15
Algérie
(Montoir)
11,1
13,5
12,3
15
Mer du Nord
10,1
12,5
11,2
13,8
Russie
10,1
13,1
11,2
14,4
Groningue
9,1
11
10,1
12,12
Nature du gaz
Gaz
naturels
6
P.C.I. et P.C.S. des gaz de pétrole
PCI
PCI
PCS
PCS
kWh/m3(n)
kWh/kg
kWh/m3(n)
kWh/kg
Propane
25,4
12,8
27,5
13,9
Butane
32,9
12,7
35,6
13,7
Air propané à
7,5 kWh/m3(n)
6,9
_
7,5
_
Air propané à
15,6 kWh/m3(n)
14,4
_
15,6
_
Air butané à
7,3 kWh/m3(n)
6,7
_
7,3
_
Nature du gaz
Gaz de
pétrole et
leur
mélange
avec l’air
7
Grandeurs caractéristiques des gaz 1/2
mv
densité
LI
LS
kg/m3
_
%
%
Lacq
0,74
0,74
5,1
14
Algérie
(Le Havre)
0,82
0,64
4,7
13,8
Algérie (Fos)
0,78
0,60
4,9
13,9
Algérie
(Montoir)
0,78
0,64
4,7
13,8
Mer du Nord
0,81
0,62
5,2
13,9
Russie
0,78
0,60
5,2
14,3
Groningue
0,83
0,65
5,7
15,6
Nature du gaz
Gaz naturels
8
Grandeurs caractéristiques des gaz 2/2
mv
densité
LI
LS
kg/m3
_
%
%
Propane
1,98
1,53
2,4
9,3
Butane
2,6
2
1,8
8,8
Air propané à
7,5 kWh/m3(n)
1,47
1,14
8,7
33,8
Air propané à
15,6 kWh/m3(n)
1,68
1,30
4,2
16,5
Air butané à
7,3 kWh/m3(n)
1,55
1,20
10,5
37,5
Nature du gaz
Gaz de
pétrole et
leur
mélange
avec l’air
9
Mesures et appareils de mesures
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.
10
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
11
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.
12
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. ( 1 mmCE ~ 0,1 mbar )
13
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
14
Consommables
Solution réactive pour CO2
Solution réactive pour O2
Ampoules pour CO
15
Diagramme de Biard
16
stœchiométrique
5
6
7
8
9
Réductrice
10
11
12
13
14
15
CO2 n
2
3
4
Combustion
incomplète
N<1
N>1
Mi-oxydante
0
1
Mi-réductrice
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Teneur en oxygène dans les fumées sèches
16
17
18
19
20
21
20,9 %
16
(H2) ___
(CO)
___
O2 = 5 %
CO2 = 8,5 %
16
(CO2) (CO2)
14
15
Combustion mi oxydante
12
N = 1,2
CO = 0,1 . 8,5 = 0,85 %
11
0,08 0,1
13
Excès d’air = 20 %
9
10
H2 = 0,08 . 8,5 = 0,68 %
0
1
2
3
4
5
6
7
8
8,5
0
1
2
3
4
5
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Teneur en oxygène dans les fumées sèches
16
17
18
19
20
21
17
O2 = 4 %
(CO2) (CO2)
CO2 = 10 %
16
(H2) ___
(CO)
___
15
Combustion oxydante
13
CO = 0,0 . 10 = 0 %
N = 1,2
12
0,0 0,0
14
Excès d’air = 20 %
11
H2 = 0,0 . 10 = 0 %
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10
0
1
2
3
4
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Teneur en oxygène dans les fumées sèches
16
17
18
19
20
21
18
O2 = 4 %
(CO2) (CO2)
CO2 = 10 %
16
(H2) ___
(CO)
___
15
Combustion oxydante ?
13
12
CO = ? . 10 = ?? %
N = 1,2
?
14
Excès d’air environ 20 %
11
H2 = ? . 10 = ?? %
7
8
9
10
10
0
1
2
3
4
5
6
Seule la mesure du CO
permet de s’assurer que la
combustion est complète.
0
1
2
3
4
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Teneur en oxygène dans les fumées sèches
16
17
18
19
20
21
19
(H2) ___
(CO)
___
15
16
(CO2) (CO2)
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Zone d’excès d’air trop faible
Zone inutilisable du diagramme
Zone de combustion correcte
0
1
2
3
Zone d’excès de CO
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Teneur en oxygène dans les fumées sèches
16
17
18
19
20
21
20
Rendement de combustion sur PCI du gaz naturel
ηcomb PCI
( temp fumée – temp air )
= 100 - 0,47
% CO2
température fumée - température air comburant
% CO2
120
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
6
90,60
89,03
88,25
87,47
86,68
85,90
85,12
84,33
83,55
82,77
81,98
81,20
7
91,94
90,60
89,93
89,26
88,59
87,91
87,24
86,57
85,90
85,23
84,56
83,89
8
92,95
91,78
91,19
90,60
90,01
89,43
88,84
88,25
87,66
87,08
86,49
85,90
9
93,73
92,69
92,17
91,64
91,12
90,60
90,08
89,56
89,03
88,51
87,99
87,47
10
94,36
93,42
92,95
92,48
92,01
91,54
91,07
90,60
90,13
89,66
89,19
88,72
11
94,87
94,02
93,59
93,16
92,74
92,31
91,88
91,45
91,03
90,60
90,17
89,75
12
95,30
94,52
94,13
93,73
93,34
92,95
92,56
92,17
91,78
91,38
90,99
90,60
21
Rendement de combustion sur PCI du gaz naturel
ηcomb PCI
( temp fumée – temp air )
= 100 - 0,84
21 - % O2
température fumée - température air comburant
% O2
120
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
1
94,96
94,12
93,70
93,28
92,86
92,44
92,02
91,60
91,18
90,76
90,34
89,92
2
94,69
93,81
93,37
92,93
92,48
92,04
91,60
91,16
90,72
90,27
89,83
89,39
3
94,40
93,47
93,00
92,53
92,07
91,60
91,13
90,67
90,20
89,73
89,27
88,80
4
94,07
93,08
92,59
92,09
91,60
91,11
90,61
90,12
89,62
89,13
88,64
88,14
5
93,70
92,65
92,13
91,60
91,08
90,55
90,03
89,50
88,98
88,45
87,93
87,40
6
93,28
92,16
91,60
91,04
90,48
89,92
89,36
88,80
88,24
87,68
87,12
86,56
7
92,80
91,60
91,00
90,40
89,80
89,20
88,60
88,00
87,40
86,80
86,20
85,60
8
92,25
90,95
90,31
89,66
89,02
88,37
87,72
87,08
86,43
85,78
85,14
84,49
9
91,60
90,20
89,50
88,80
88,10
87,40
86,70
86,00
85,30
84,60
83,90
83,20
10
90,84
89,31
88,55
87,78
87,02
86,25
85,49
84,73
83,96
83,20
82,44
81,67
22
Rendement de combustion sur PCI du propane
ηcomb PCI
( temp fumée – temp air )
= 100 - 0,51
% CO2
température fumée - température air comburant
% CO2
120
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
6
89,80
88,10
87,25
86,40
85,55
84,70
83,85
83,00
82,15
81,30
80,45
79,60
7
91,26
89,80
89,07
88,34
87,61
86,89
86,16
85,43
84,70
83,97
83,24
82,51
8
92,35
91,08
90,44
89,80
89,16
88,53
87,89
87,25
86,61
85,98
85,34
84,70
9
93,20
92,07
91,50
90,93
90,37
89,80
89,23
88,67
88,10
87,53
86,97
86,40
10
93,88
92,86
92,35
91,84
91,33
90,82
90,31
89,80
89,29
88,78
88,27
87,76
11
94,44
93,51
93,05
92,58
92,12
91,65
91,19
90,73
90,26
89,80
89,34
88,87
12
94,90
94,05
93,63
93,20
92,78
92,35
91,93
91,50
91,08
90,65
90,23
89,80
13
95,29
94,51
94,12
93,72
93,33
92,94
92,55
92,15
91,76
91,37
90,98
90,58
14
95,63
94,90
94,54
94,17
93,81
93,44
93,08
92,71
92,35
91,99
91,62
91,26
23
Rendement de combustion sur PCI du propane
ηcomb PCI
( temp fumée – temp air )
= 100 - 0,76
21 - % O2
température fumée - température air comburant
% O2
120
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
1
95,44
94,68
94,30
93,92
93,54
93,16
92,78
92,40
92,02
91,64
91,26
90,88
2
95,20
94,40
94,00
93,60
93,20
92,80
92,40
92,00
91,60
91,20
90,80
90,40
3
94,93
94,09
93,67
93,24
92,82
92,40
91,98
91,56
91,13
90,71
90,29
89,87
4
94,64
93,74
93,29
92,85
92,40
91,95
91,51
91,06
90,61
90,16
89,72
89,27
5
94,30
93,35
92,88
92,40
91,93
91,45
90,98
90,50
90,03
89,55
89,08
88,60
6
93,92
92,91
92,40
91,89
91,39
90,88
90,37
89,87
89,36
88,85
88,35
87,84
7
93,49
92,40
91,86
91,31
90,77
90,23
89,69
89,14
88,60
88,06
87,51
86,97
8
92,98
91,82
91,23
90,65
90,06
89,48
88,89
88,31
87,72
87,14
86,55
85,97
9
92,40
91,13
90,50
89,87
89,23
88,60
87,97
87,33
86,70
86,07
85,43
84,80
10
91,71
90,33
89,64
88,95
88,25
87,56
86,87
86,18
85,49
84,80
84,11
83,42
24
Rendement de combustion sur PCS
ηcomb PCS = ηcomb PCI .
Combustible
PCI
PCS
PCI / PCS
Gaz manufacturés
0,89
Gaz naturels L
0,89
Gaz naturels H
0,90
Butane - Propane
0,92
25
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