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Article

1 - CVH ET ENVIRONNEMENT

2 - CVH ET ÉCONOMIE DE L’ÉNERGIE FOSSILE

3 - CVH ET MÉTROLOGIE

4 - CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : BE8342 v1

CVH et métrologie
Combustion par voie humide (CVH) et pompe à vapeur d’eau (PAVE)

Auteur(s) : Rémi Guillet

Date de publication : 10 oct. 2018

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RÉSUMÉ

Après avoir rappelé ce que peut apporter de bénéfique la présence d’eau additionnelle au moment de la combustion, au plan de sa qualité environnementale et au plan de sa production énergie utile, donc au niveau de la diminution de son impact sur notre environnement et notre santé, le cycle de la pompe à vapeur d’eau est présenté avec ses atouts. Les avantages aussi bien métrologiques, qu’en termes de coût de mise en œuvre d’une métrologie nouvelle appelée diagramme hygrométrique de combustion (DHC) particulièrement adaptée à ces configurations de combustion sont aussi présentés.

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ABSTRACT

Wet way combustion and water vapor pump-cycle

After recalling the beneficial effects of the presence of added water during combustion, in terms of its environmental quality, useful energy production, and ultimately lower impact on our environment and on our health, the water vapor pump cycle is presented with its specific benefits. The metrological advantages and the cost of implementing a new metrology particularly suited to wet combustion configurations, called Combustion Hygrometric Diagram (CHD) are also presented.

Auteur(s)

  • Rémi Guillet : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Mécanique de Nantes - Docteur en sciences mécanique et énergétique de l’Université de Lorraine, Nancy 1 - Diplômé en sciences économiques (Diplôme d’Études Approfondies à Paris 13) - Ex-ingénieur de Recherche et Développement chez Gaz de France

INTRODUCTION

L’énergie est un concept flou pour la plupart d’entre nous. Humaine, animale, venue du feu, combustion des végétaux et autres matières vivantes, fossile, on sait ce qu’elle représente d’indispensable à la vie, si elle n’est la vie elle-même.

L’énergie fossile, par nature à l’état de stock, est précieuse justement par l’existence même de ses stockages et de sa capacité à être embarquée à l’état de stock. Dans un monde fini, elle est forcément elle-même en quantité finie même si on continue de temps à autre à en trouver de nouveaux gisements.

Contrairement aux peurs nées de la crise pétrolière de 1973 et des suivantes, l’utilisation, même abusive, des hydrocarbures fossilisés n’a pas menacé le développement industriel, ni la civilisation occidentale. C’est l’impact environnemental qui reste la vraie menace pour la survie à long terme du modèle de développement économique des pays dits développés.

Certes, la transition énergétique vers les énergies renouvelables est indispensable, mais le pétrole et les hydrocarbures qui le composent ont encore de beaux jours devant eux pour produire l’électricité dont nous avons besoin pour nos activités et notre confort et également pour propulser les aéronefs commerciaux ou militaires et les navires commerciaux ou militaires. De même, les automobiles et autres véhicules terrestres ne sont pas près de pouvoir se dispenser de leur stock embarqué de carburant, plus ou moins polluant. Et les hydrocarbures représentent encore aujourd’hui (fin des années 2010) et malgré les efforts et autres subventions publiques, plus de 85 % de l’énergie consommée par l’activité humaine planétaire.

Il s’agit ici de montrer que l’enjeu d’une utilisation des énergies fossiles la plus propre possible reste un défi essentiel car toute avancée vers plus de propreté joue à la fois, et sur l’économie de la ressource et sur la diminution de l’impact environnemental.

Parmi les pistes insuffisamment connues, il y a la combustion par voie humide...

Mais n’oublions pas ici que le premier des polluants reste le SO2 qui devrait exiger l’abandon des fiouls les plus chargés en soufre ou son élimination avant combustion. C’est une pollution dont le fret maritime est le plus gros émetteur mais que l’on retrouve également dans certaines grandes métropoles sujette au smog.

Le SO2 entraîne une inflammation des bronches, qui provoque toux et essoufflement ; il est aussi impliqué dans de nombreuses maladies respiratoires et cardiaques. C’est le principal responsable des pollutions et autres pluies acides. Toutefois dans cet article, il est considéré que le combustible a été traité et est exempt de soufre au moment où il entre dans la chambre de combustion. Dans ce contexte, les systèmes d'épurateurs à désulfuration des gaz de combustion (SO2) ne sont donc pas longuement évoqués.

L’expression « combustion par voie humide » est un aphorisme qui contient l’idée qu’une eau additionnelle autre que l’eau pouvant exister naturellement contenue par les combustible et comburant est présente dans la zone de la combustion avant même que l’eau issue des réactions chimiques n’ait commencé à se former.

Les avantages de la combustion humide sont la diminution de la pollution par les oxydes d’azote et les perspectives d’amélioration des performances des machines thermiques avec combustion.

Cette forme de combustion est à la base du développement d’un diagrame spécifique dit diagramme hygrométrique de combustion (DHC) et d’une métrologie adaptée, également présentés dans cet article.

On appelle procédé à combustion par voie humide CVH tout procédé utilisant l’eau comme composant additionnel, introduit dans la zone de combustion, au côté du combustible et du comburant .

L’eau additionnelle peut être introduite :

  • séparément, en phase liquide ou vapeur ;

  • mélangée à l’air comburant, l’eau étant alors le plus souvent en phase vapeur ;

  • mélangée au combustible, l’eau étant alors généralement en phase liquide, pour constituer une émulsion.

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KEYWORDS

environment   |   pollution   |   combustion hygrometric diagram   |   smog

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be8342


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3. CVH et métrologie

3.1 Apport métrologique de la température humide des produits de combustion

La combustion par voie humide donne souvent lieu à des changements de phase multiple de l’eau particulièrement lorsque cette eau est introduite en phase liquide ou lorsque la récupération de la chaleur latente est visée.

En s’appuyant sur le premier principe de la thermodynamique, on peut montrer que la somme des quantités de chaleur et de travail produites par la combustion dans une machine thermique avec combustion était égale à la différence entre les enthalpies entrant dans la machine et celle rejetées avec les fumées ( p. 87).

Pour la CVH, en supposant la combustion complète, compte tenu des potentialités de changement de phase de la vapeur d’eau, les enthalpies des entrants et sortants sont prises en valeur relative, rapportées à ladite valeur du PCS (pouvoir calorifique supérieur) du combustible concerné. Par souci de simplification, les enthalpies sont considérées dans les conditions réelles des éléments entrant dans le système thermodynamique considéré.

Chaque terme étant exprimé en pourcentage du PCS du combustible entrant, le premier principe de la thermodynamique permet d’écrire :

(pour une écriture généralisée, cf. ).

avec :

W
 : 
travail,
Q
 : 
chaleur produite par la machine,
...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - GUILLET (R.) -   La combustion par voie humide et ses performances » (118 réf.).  -  Cette thèse d’octobre 2002 est en ligne http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_2002_0149_GUILLET.pdf

  • (2) - GUILLET (R.), CABOT (G.), CAILLAT (S.) -   *  -  Wet Way Combustion/Energy efficiency/environmental protection Elsevier, Elsevier ed. ISBN : 2-84299-180-X (2000).

  • (3) - MARUFFO -   *  -  17e Congrès mondial de l’énergie à Houston.

  • (4) - ARNE (S.) -   Burning of water-in-oil emulsion.  -  16th International Symposium on Combustion, p. 297-305, 11 ref. (1976).

  • (5) - GREEVES (G.), KHAN (I.M.), ONION (G.) -   Effect of water introduction on diesel engine combustion and emissions.  -  16th Int. Symposium on Combustion, p. 321-336 (1976).

  • (6) - GUILLET (R.) -   The...

1 Outils logiciels

Logiciels DHC-2D et DHC-3D développés à l’INSA-Rouen http://www.insa-rouen.fr

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2 Sites Internet

Système Gillier-Pantone http://www.econologie.com

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