Combustion et chaudière
Combustion du butane, composition des fumées, PCI et PCS
1°) Ecrire et équilibrer l'équation de combustion du butane
2°) Calculer en Nm3 la quantité d'O2 strictement nécessaire pour effectuer la combustion d'un kg de butane
3°) La combustion complète d'un kg de butane est réalisée avec de l'air en excès de 10% par rapport à la stochiométrie. Calculer le nombre de moles de chaque constituant contenu dans les fumées.
4°) La combustion d'une mole de butane à 25°C dégage 2636.7 kJ (les produits de la combustion étant ramenés à 25°C et l'eau étant produite à l'état vapeur). Rappeler la définition du PCI et calculer le PCI du butane.
5°) Rappeler la définition du PCS et calculer le PCS du butane.
Données: Chaleur latente de vaporisation de l'eau à 25°C: 44 kJ.mol-1. Masse molaire du butane: 58.12 g.mol-1.
Bilan énergétique sur une chaudière de production de vapeur
Une chaudière sert à produire de la vapeur saturante à 25 bar relatifs. L’eau d’alimentation de la chaudière provient pour 80% de condensats à 80°C, et pour 20% d’eau déminéralisée à 20°C. Le rendement thermique de la chaudière est de 70%, du aux pertes thermiques, à l’excès d’air et à la température des fumées. L’énergie utile fournie à la chaudière sert à préchauffer l’eau d’alimentation du ballon et à produire la vapeur saturante (on néglige l’énergie de pompage). Le PCI du combustible gazeux utilisé est 35000 kJ.Nm-3. Faire un schéma de principe en définissant les notations utilisées.
1°) Calculer la quantité de vapeur produite en tonnes pour 1 Nm3 de combustible.
2°) Sachant que la masse molaire moyenne du combustible est 21 g.mol-1, calculer la quantité de vapeur produite en tonnes par tonne de combustible.
3°) Une purge du purge du ballon de chaudière est nécessaire pour éviter l’accumulation de sels (Si, Ca, Fe...). Elle est réglée à 1% du débit de vapeur produite, soit 10 kg de purge par tonne de vapeur. Si la concentration dans l’eau d’appoint est 10-4 mol.kg-1 et celle des condensats récupérés 2.10-5 mol.kg-1, calculer la concentration dans le ballon de chaudière.
4°) Déterminer l’influence de la purge sur la quantité de vapeur produite en tonnes pour 1 Nm3 de combustible.
Données: Hvap sat, 26 bara=2804.8 kJ.kg-1, ΔHvap, 26 bara =1833.8 kJ.kg-1, Cpeau=4.18 kJ.kg-1.°C-1 (<100°C).
Chaudière à condensation
Dans une chaudière “ à condensation ”, on laisse les gaz produits par la combustion du fuel se refroidir à moins de 100°C, afin que la vapeur d’eau se condense.
Pourquoi ces chaudières permettent-elles de faire des économies de combustible?
Comparez les volumes de fuel nécessaire pour chauffer 100 litres d’eau de 20 à 70°C, avec (1) et sans (2) condensation.
Données:
- on considèrera que la chaleur récupérée par le refroidissement des gaz jusqu’à 100°C est négligeable devant les effets de la condensation.
- ΔH°c,298 (fuel=C15H32) = 10500 kJ.mol-1 (PCS).
- Masse volumique du fuel: ρ = 0.77 kg.L-1.
- Rendement de la chaudière: η = 80%
- Lveau = 44 kJ.mol-1, cpeau liquide = 75.3 J.mol-1.K-1.
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