Composition des gaz de combustion

3.5.5 Quantité totale de gaz de combustion

Le volume total de gaz de combustion à 0°C et 1.013 mbar est donc de 10,14 Nm³.

3.5.6 Teneur maximale théorique en CO

La teneur maximale en C02 peut se calculer à l’aide de l’équation suivante:

CO_2max = volume C0₂ x 100 volume gaz secs en Nm³

Le volume de ‘’gaz secs” est le volume total des gaz de combustion, moins le volume de vapeur d’eau.

CO_2max = 1,35 x 100 = 15,15%

10,14 - 1,23

La teneur maximale de CO2 à obtenir dépend donc principalement de la teneur en carbone et en hydrogène.

3.5.7 Formation d’oxydes d’azote

Nous partons de l’hypothèse que l’azote présent dans l’air ne prend pas part à la combustion. Or, l’azote présent dans l’air et, en infimes quantités, dans le combustible va se lier à l’oxygène pendant la com-bustion et former ainsi des oxydes d’azote.

L’appellation ‘oxydes d’azote’ est le terme générique qui désigne le dioxyde d’azote (NO₂), l’oxyde d’azote (NO), le protoxyde d’azote (N20), etc. Les principaux oxydes d’azote qui se forment lors de la combustion sont le NO2 et le NO, respectivement dans une propor-tion d’environ 5% et 95%. Nous pouvons classer les oxydes d’azote ainsi formés en trois grands mécanismes réactionnels:

Produit de combustion Quantité formée par la combustion de 1 l de gasoil de chauffage

CO₂ 1,35 Nm³

H₂O 1,23 Nm³

SO₂ 0,001155 Nm³

N₂ 7,56 Nm³

Total 10,14 Nm³

1. ‘fioul’ NO_x

Lors de cette réaction, l’azote présent dans le combustible est par-tiellement oxydé. La formation de ‘fioul’ NO_x n’est pas vraiment liée à la température, car le NO_x apparaît même à basse température. La formation de ‘fioul’ NO_x est très limitée, car l’azote présent dans le combustible n’est pas entièrement converti en NO_x.

2. NO_x ‘spontané’

Lors de cette réaction, le NO_x se forme principalement dans le front de flamme quand il y a excès d’oxygène, même à basse température.

3. NO_x ‘thermique’

L’azote présent va se lier aux molécules d’azote à des températures supérieures à 1.200°C. Si la température de la flamme monte encore, la formation de NO_x augmentera.

Outre la réduction de l’azote lié au combustible, il y a d’autres élé-ments qui peuvent limiter les émissions d’oxydes d’azote:

• diminuer la température de la flamme;

• limiter autant que possible le temps de séjour des gaz de com-bustion dans le foyer

• maintenir l’excès d’azote dans certaines limites¹.

3.5.8 Het dauwpunt

Thomas De Jongh

Le point de rosée de l’eau

Les gaz de combustion se composent d’éléments tels que CO₂, N₂, SO₂, O₂, NO_x, H₂O, etc. L’eau contenue dans les gaz de combustion se présente naturellement sous la forme de vapeur d’eau. Si les gaz de combustion refroidissent trop fortement, cette vapeur d’eau va se condenser. La température à laquelle la vapeur d’eau se fluidifie dans les gaz de fumée s’appelle le point de rosée de l’eau. Le point de rosée de l’eau des gaz de combustion du gasoil dépend essentielle-ment de la teneur en hydrogène et donc de la pression partielle de la vapeur d’eau. Pour le gasoil, la teneur en vapeur d’eau se situe aux environs de 12,5%, ce qui donne un point de rosée de 45°C.

Le point de rosée acide

Le point de rosée acide est encore plus important que le point de rosée de l’eau. Le point de rosée acide est la température des gaz de fumée à laquelle la vapeur de dioxyde de soufre va se condenser.

Quand la température des gaz de combustion tombe en-dessous de ce point, de l’acide sulfurique (H₂SO₄) peut finir par se dégager.

Le gasoil contient toujours une certaine quantité de soufre. Comme nous l’avons déjà rappelé plus haut, le soufre présent dans le com-bustible va se transformer en dioxyde de soufre pendant la combus-tion suivant la réaccombus-tion:

S + O₂ ^ SO₂

Le SO₂ est un gaz piquant de couleur brune. Etant donné que nous travaillons toujours avec un certain excédent d’air lors de la com-bustion, le dioxyde de soufre va se lier à l’oxygène présent dans cet excédent d’air. La réaction se présente comme suit:

2SO₂ + O₂ ^ 2SO₃

Cette réaction s’accomplit à des températures supérieures à 600°C et quand le SO₂ reste longtemps dans la chaudière. Des catalyseurs, comme le Fe₂O₃ (oxyde de fer), par exemple, déclenchent la réaction.

Si, d’un côté, l’excès d’air dilue le SO₂, d’un autre côté, il favorise l’oxy-dation du SO₂ en SO₃. Comme les gaz de combustion contiennent environ 12,5 pour-cent de volume de vapeur d’eau, le SO₃ va y réagir.

H₂O + SO₃ ^ H₂SO₄ (acide sulfurique)

Cette réaction s’accomplit même à des températures inférieures à 450°C.

Le H₂SO₄ est un acide puissant qui peut provoquer des formes sé-rieuses de corrosion. Si à cela s’ajoute encore une séparation d’eau, l’acide sulfurique sera dilué, ce qui renforcera encore le phénomène de corrosion.

Nous pouvons donc affirmer que le point de rosée acide dépend de la quantité de SO₃ qui s’est formée. Par ailleurs, le SO₂ réagit aussi à la vapeur d’eau présente suivant cette formule:

SO₂ + H₂O  H₂SO₃ (acide sulfureux)

Cet acide sulfureux peut continuer à s’oxyder en H2SO4. La teneur en suie dans les gaz de combustion a son importance, car le SO2 gazeux qui s’est formé va se déposer sur les particules de suie et, de ce fait, réagira plus facilement à la vapeur d’eau présente.

Le point de rosée acide dépend donc des éléments suivants:

• la teneur en soufre du combustible,

• l’excès d’air,

• la quantité de vapeur d’eau,

• le temps de séjour des gaz de combustion dans la chaudière.

Pour éviter la formation de H₂SO₄ et, par conséquent, abaisser le point de rosée acide, on peut ajouter des additifs (MgO, CaO) au combustible (industrie). Le SO₂ réagira alors à l’additif au lieu de pour-suivre son oxydation en SO₃.

Il est également très important de ne pas travailler avec un trop grand excès d’air et de limiter ainsi l’excès d’hydrogène et la teneur en vapeur d’eau. Un entretien régulier de la chaudière et de la chemi-née n’est certainement pas un luxe superflu.

3.6.1 L’influence de l’excès d’air sur la teneur en CO

A la figure 3.2, nous pouvons voir que cet excès d’air est important pour la teneur en CO₂ et en CO. En cas de manque d’air ou s’il y a trop peu d’oxygène (O₂) pour une combustion complète, il va se former du CO, ce qui entraîne évidemment une perte de CO₂ et une perte de rendement.

Une teneur trop faible en CO₂ peut avoir deux causes:

• trop peu d’oxygène pour une combustion complète;

• un excès d’air trop important par dilution des gaz de fumée.

Il est donc souhaitable de contrôler l’excès d’oxygène de la combus-tion pour éviter tout risque de formacombus-tion de monoxyde de carbone.

On peut aussi se baser sur une mesure de l’oxygène (mesure O2) pour déterminer la teneur en CO2 à l’aide de la formule suivante:

CO₂ = CO_2max x (21 - O²) 21

La teneur maximale en CO₂ qu’il est possible d’atteindre dans les gaz de combustion est de 15,15% (en fonction de la teneur en carbone du combustible). En pratique, nous n’arrivons jamais à obtenir cette valeur quand nous réglons un brûleur. L’idéal est une valeur de 12,5%.

Toutefois, une teneur de 14%, p.ex., n’est pas inimaginable et est évi-demment bénéfique pour le rendement de la combustion. Mais des problèmes peuvent se poser si la teneur en CO₂ est réglée trop haut.

En effet, quand les températures sont basses (l’hiver), la teneur en oxygène dans l’air est plus élevée que quand les températures sont élevées (l’été). Si la température de l’air ambiant amené au brûleur augmente, il y aura forcément moins d’oxygène pour assurer une combustion correcte et une pollution se produit au niveau de l’ac-crocheur de flamme. De la suie va se former et se déposer sur la paroi du foyer. De ce fait, la résistance du foyer augmente et une moindre quantité d’air comburant est aspirée. Il se forme par conséquent encore plus de suie, et le brûleur risque de s’éteindre. A la figure 3.2, le point de réglage tendra donc vers la gauche; en d’autres termes, il y a manque d’air.