Efficacité de la Combustion
Comprendre le rapport air-carburant optimal pour obtenir une combustion complète, ainsi que le ratio attendu des produits de combustion, permet aux opérateurs de chaudières de calculer l'efficacité de la combustion.
Les tableaux d'efficacité de la combustion fournissent les informations nécessaires pour calculer l'efficacité de la combustion. Les données incluses dans un tableau d'efficacité de la combustion sont généralement :
- Le pourcentage d'air en excès.
- Le pourcentage d'oxygène dans les gaz de combustion.
- Le pourcentage de CO2 dans les gaz de combustion.
- La température de l'air fourni pour la combustion.
- La température des gaz de combustion mesurée à la sortie de la cheminée.
Remarques
Les gaz de combustion sont également appelés gaz d'échappement ou fumées. Le terme cheminée est utilisé de manière interchangeable avec le mot conduit.
Un exemple typique de tableau d'efficacité de la combustion est présenté ci-dessous.
|
% Air en Excès |
Température Nette de la Cheminée (°F) (Température des Gaz de Fumée Moins Température de l'Air de Combustion) |
||||||
|
% Air |
% Oxygène |
% CO2 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
|
9.3 |
2.0 |
10.6 |
85.4 |
83.1 |
80.8 |
78.4 |
76.0 |
|
14.8 |
3.0 |
10 |
85.2 |
82.8 |
80.4 |
77.9 |
75.4 |
|
28.1 |
5.0 |
8.8 |
84.7 |
82.1 |
79.5 |
76.7 |
74.0 |
|
44.2 |
7.0 |
7.7 |
84.1 |
81.2 |
78.2 |
75.2 |
72.1 |
|
81.4 |
10.0 |
6.1 |
82.8 |
79.3 |
75.6 |
71.9 |
68.2 |
Tableau d'Efficacité de Combustion du Gaz Naturel (en supposant une combustion complète)
Plutôt que d'expliquer les subtilités du tableau, deux exemples sont fournis.
Exemple 1
Une chaudière a une température de cheminée de 500°F. La température de la salle des chaudières est de 100°F. L'air pour la combustion dans la chaudière est pris directement de l'espace entourant la chaudière, donc nous savons que la température de l'air fourni pour la combustion est la même que la température de la salle des chaudières (100°F). Le pourcentage de dioxyde de carbone (CO2) dans les gaz de combustion est mesuré à la cheminée et a une valeur de 10,6%.
- Température nette de la cheminée est 500°F – 100°F = 400°F.
- % CO2 est 10,6%.
Vérifier les résultats avec le tableau d'efficacité de la combustion indique que la chaudière fonctionne à une efficacité de 80,8%.
Exemple 2
Une chaudière a une température de cheminée de 420°F et une température de salle des chaudières de 80°F. Le pourcentage d'oxygène dans les gaz de combustion est de 7,2%.
- Température nette de la cheminée est 420°F – 80°F = 340°F.
- % Oxygène est 7,2%.
Vérifier les résultats avec le tableau d'efficacité de la combustion indique que la chaudière fonctionne à une efficacité approximative de 81,2%.
Si nous arrondissons la température nette de la cheminée à 350°F, nous pouvons estimer la valeur de l'efficacité en utilisant le tableau. L'efficacité réelle est probablement comprise entre 81,2% et 78,2% car ce sont les deux valeurs données entre 300°F et 400°F.
Par exemple :
- Valeur d'efficacité de combustion à 300°F et 7% d'oxygène est 81,2%
- Valeur d'efficacité de combustion à 400°F et 7% d'oxygène est 78,2%
- 81,2% - 78,2% = 3%
- Donc, il y a une réduction de 3% de l'efficacité si la température nette de la cheminée passe de 300°F à 400°F.
- Sachant qu'il y a une réduction de 3% de l'efficacité de combustion pour un changement de 100°F sur la température nette de la cheminée, nous savons également qu'un changement de 50°F correspondra à une réduction de 1,5% de l'efficacité de combustion (car 50°F est la moitié de 100°F et correspondamment 1,5% est la moitié de 3%).
- L'efficacité finale de la combustion est donc calculée comme 82,2% - 1,5% = 79,7%.
Remarquez que l'efficacité de la combustion diminue à mesure que la température nette de la cheminée augmente. Une température nette de la cheminée élevée indique que moins de chaleur générée par la combustion a été transférée à l'eau, tandis qu'une température nette de la cheminée basse indique que plus de chaleur a été transférée à l'eau. Des températures élevées des gaz d'échappement représentent un gaspillage d'énergie et d'argent.
Exemple 3
Une température des gaz d'échappement de 600°F avec une température de l'air de combustion de 100°F, donne une température nette de la cheminée de 500°F.
- 600°F -100°F = 500°F
Une température des gaz d'échappement de 400°F avec une température de l'air de combustion de 100°F, donne une température nette de la cheminée de 300°F.
- 400°F -100°F = 300°F
Remarquez dans notre exemple que toutes les valeurs d'efficacité de combustion relatives à une basse température nette de la cheminée sont plus élevées que celles possibles pour une haute température nette de la cheminée.
Ressources Supplémentaires
https://en.wikipedia.org/wiki/Engine_efficiency
https://www.trutechtools.com/Understanding-Combustion-Efficiency_c_261.html
https://www.nrel.gov/docs/fy02osti/31496.pdf
https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/combustion-efficiency