Pouvoir calorifique des différents types de combustible : comparaison des combustibles selon la chaleur de combustion + tableau du pouvoir calorifique

Lorsqu'une certaine quantité de combustible brûle, une quantité mesurable de chaleur est dégagée. Selon le Système international d'unités, la valeur s'exprime en Joules par kg ou m³. Mais les paramètres peuvent également être calculés en kCal ou en kW. Si la valeur est rapportée à l'unité de mesure du combustible, on l'appelle spécifique.

Sur quoi le pouvoir calorifique des différents combustibles influence-t-il ? Quelle est la valeur de l'indicateur pour les substances liquides, solides et gazeuses ? Les réponses à ces questions sont détaillées dans l'article. De plus, nous avons préparé un tableau présentant la chaleur spécifique de combustion des matériaux – cette information sera utile lors du choix d'un type de combustible à haute énergie.

Informations générales sur le pouvoir calorifique

La production d'énergie lors de la combustion doit être caractérisée par deux paramètres : un rendement élevé et l'absence de production de substances nocives.

Le carburant artificiel est obtenu par le traitement du carburant naturel – carburant biologique. Quelle que soit la forme physique de la substance, sa composition chimique contient une partie combustible et une partie non combustible. La première est constituée de carbone et d'hydrogène. La seconde est composée d'eau, de sels minéraux, d'azote, d'oxygène et de métaux.

Selon l'état physique, le combustible se divise en liquide, solide et gaz. Chaque groupe se divise en sous-groupes naturel et artificiel (+)

Lors de la combustion d'1 kg d'un tel « mélange », différentes quantités d'énergie sont dégagées. La quantité exacte d'énergie dégagée dépend des proportions des éléments indiqués – partie combustible, humidité, teneur en cendres et autres composants.

Le pouvoir calorifique du combustible (PCC) se compose de deux niveaux – supérieur et inférieur. Le premier indicateur est obtenu par condensation de l'eau, le second ne tient pas compte de ce facteur.

Le pouvoir calorifique inférieur est nécessaire pour calculer les besoins en combustible et son coût. À l'aide de ces indicateurs, on établit les bilans thermiques et on détermine le rendement des installations fonctionnant au combustible.

Calculer le pouvoir calorifique peut se faire de manière analytique ou expérimentale. Si la composition chimique du combustible est connue, on applique la formule de Mendeleïev. Les méthodes expérimentales reposent sur la mesure réelle de la chaleur dégagée lors de la combustion du combustible.

Dans ces cas, on utilise une bombe spéciale pour la combustion – une bombe calorimétrique avec un calorimètre et un thermostat.

Les particularités des calculs sont propres à chaque type de combustible. Exemple : le pouvoir calorifique dans les moteurs à combustion interne est calculé à partir de la valeur inférieure, car le liquide ne se condense pas dans les cylindres.

Le pouvoir calorifique est déterminé à l'aide d'une bombe calorimétrique. On sature de l'oxygène comprimé avec de la vapeur d'eau. On place un échantillon de combustible dans ce milieu et on détermine les résultats.

Chaque type de substance a son propre pouvoir calorifique en raison des particularités de sa composition chimique. Les valeurs varient considérablement, la plage de variation étant de 1 000 à 10 000 kCal/kg.

En comparant différents types de matériaux, on utilise la notion de combustible standard, caractérisé par un pouvoir calorifique inférieur de 29 MJ/kg.

Pouvoir calorifique des matériaux solides

Cette catégorie comprend le bois, la tourbe, le coke, les schistes bitumineux, les combustibles en briquettes et pulvérulents. Le principal constituant du combustible solide est le carbone.

Caractéristiques des différentes essences de bois

L'efficacité maximale de l'utilisation du bois de chauffage est obtenue à condition de respecter deux conditions : la sécheresse du bois et un processus de combustion lent.

On scie ou on coupe les morceaux de bois en tronçons d'une longueur allant jusqu'à 25-30 cm, afin que le bois de chauffage se charge facilement dans le foyer.

Les bûches de chêne, de bouleau et de frêne sont considérées comme idéales pour le chauffage au poêle à bois. L'aubépine et le noisetier présentent de bonnes caractéristiques. En revanche, les essences de conifères ont un faible pouvoir calorifique mais une vitesse de combustion élevée.

Comment brûlent différentes essences :

1. Le hêtre, le bouleau, le frêne, le noisetier sont difficiles à allumer, mais ils peuvent brûler humides en raison de leur faible teneur en humidité.
2. L'aulne et le tremble ne produisent pas de suie et « savent » l'éliminer de la cheminée.
3. Le bouleau nécessite une quantité d'air suffisante dans le foyer, sinon il fumera et déposera de la résine sur les parois du conduit.
4. Le pin contient plus de résine que l'épicéa, donc il produit des étincelles et brûle plus chaud.
5. Le poirier et le pommier se fendent plus facilement que les autres et brûlent très bien.
6. Le cèdre se transforme progressivement en charbon incandescent.
7. Le cerisier et l'orme fument, et le platane est difficile à fendre.
8. Le tilleul et le peuplier brûlent rapidement.

Les indicateurs du pouvoir calorifique des différentes essences dépendent fortement de la densité des essences spécifiques. 1 mètre cube de bois de chauffage équivaut à environ 200 litres de combustible liquide et à 200 m³ de gaz naturel. Le bois et le bois de chauffage appartiennent à la catégorie à faible efficacité énergétique.

Influence de l'âge sur les propriétés du charbon

Le charbon est un matériau naturel d'origine végétale. Il est extrait de roches sédimentaires. Ce combustible contient du carbone et d'autres éléments chimiques.

Outre le type, l'âge du matériau influence également le pouvoir calorifique du charbon. Le lignite appartient à la catégorie jeune, suivi de la houille, et l'anthracite est considéré comme le plus ancien.

L'humidité est également déterminée par l'âge du combustible : plus le charbon est jeune, plus sa teneur en humidité est élevée. Celle-ci influence également les propriétés de ce type de combustible.

Le processus de combustion du charbon s'accompagne du rejet de substances polluantes, et les grilles de la chaudière se couvrent de mâchefer. Un autre facteur défavorable pour l'atmosphère est la présence de soufre dans le combustible. Cet élément se transforme en acide sulfurique au contact de l'air.

Les fabricants parviennent à réduire au maximum la teneur en soufre du charbon. En conséquence, le pouvoir calorifique diffère même au sein d'une même variété. La géographie de l'extraction influence également les caractéristiques. Comme combustible solide, on peut utiliser non seulement du charbon pur, mais aussi du mâchefer aggloméré.

La plus grande capacité calorifique est observée pour le charbon à coke. La houille, le charbon de bois, le lignite et l'anthracite présentent également de bonnes caractéristiques.

Caractéristiques des pellets et des briquettes

Ce combustible solide est fabriqué industriellement à partir de divers déchets de bois et de végétaux.

Les copeaux broyés, l'écorce, le carton, la paille sont séchés puis transformés en granulés à l'aide d'équipements spécialisés. Pour que la masse acquière un certain degré de viscosité, on y ajoute un polymère : la lignine.

Les pellets se distinguent par un coût acceptable, influencé par une forte demande et les particularités du processus de fabrication. Ce matériau ne peut être utilisé que dans des chaudières conçues pour ce type de combustible.

Les briquettes ne diffèrent que par leur forme ; elles peuvent être chargées dans les poêles et les chaudières. Les deux types de combustible sont divisés en catégories selon la matière première : bois rond, tourbe, tournesol, paille.

Les granulés et briquettes présentent des avantages significatifs par rapport aux autres types de combustibles :

• totalement écologiques ;
• possibilité de stockage dans pratiquement toutes les conditions ;
• résistance aux contraintes mécaniques et aux moisissures ;
• combustion uniforme et prolongée ;
• taille optimale des granulés pour le chargement dans l'appareil de chauffage.

Le combustible écologique est une bonne alternative aux sources de chaleur traditionnelles, qui ne sont pas renouvelables et ont un impact défavorable sur l'environnement. Cependant, les pellets et les briquettes présentent un risque d'incendie accru, ce qu'il faut prendre en compte lors de l'organisation du lieu de stockage.

Si vous le souhaitez, vous pouvez fabriquer vous-même des briquettes de combustible, plus de détails dans cet article.

Paramètres des substances liquides

Les matériaux liquides, comme les solides, se décomposent en leurs constituants : carbone, hydrogène, soufre, oxygène, azote. Le pourcentage est exprimé en masse.

L'oxygène et l'azote forment le ballast organique interne du carburant ; ces composants ne brûlent pas et sont inclus de manière conventionnelle. Le ballast externe est constitué d'humidité et de cendres.

Une forte chaleur spécifique de combustion est observée pour l'essence. Selon la qualité, elle est de 43 à 44 MJ.

Des valeurs similaires de chaleur spécifique de combustion sont déterminées pour le kérosène d'aviation – 42,9 MJ. Le carburant diesel figure également parmi les leaders en termes de pouvoir calorifique – 43,4-43,6 MJ.

Étant donné que l'essence a un pouvoir calorifique plus élevé que le diesel, sa consommation et son rendement devraient être plus élevés. Mais le diesel est 30 à 40 % plus économique que l'essence.

Des valeurs relativement faibles de pouvoir calorifique caractérisent le carburant liquide pour fusée et l'éthylène glycol. L'alcool et l'acétone se distinguent par une chaleur spécifique de combustion minimale. Leurs valeurs sont nettement inférieures à celles des carburants moteurs traditionnels.

Propriétés du combustible gazeux

Le combustible gazeux est composé d'oxyde de carbone, d'hydrogène, de méthane, d'éthane, de propane, de butane, d'éthylène, de benzène, de sulfure d'hydrogène et d'autres composants. Ces valeurs sont exprimées en pourcentage volumique.

L'hydrogène se distingue par la plus grande chaleur de combustion. En brûlant, un kilogramme de substance libère 119,83 MJ de chaleur. Mais il présente un degré élevé de danger d'explosion.

Des valeurs élevées de pouvoir calorifique sont également observées pour le gaz naturel.

Elles sont de 41 à 49 MJ par kg. Mais, par exemple, pour le méthane pur, la chaleur de combustion est plus élevée — 50 MJ par kg.

Tableau comparatif des indicateurs

Le tableau présente les valeurs de la chaleur spécifique de combustion massique des types de carburants liquides, solides et gazeux.

D'après le tableau, on voit que l'hydrogène a les valeurs de pouvoir calorifique les plus élevées parmi toutes les substances, et pas seulement parmi les gazeuses. Il appartient aux types de carburants à haute énergie.

Le produit de la combustion de l'hydrogène est de l'eau ordinaire. Le processus ne dégage ni scories de combustion, ni cendres, ni monoxyde de carbone, ni dioxyde de carbone, ce qui en fait un combustible écologiquement propre. Mais il est explosif et a une faible densité, ce qui rend ce carburant difficile à liquéfier et à transporter.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

À propos du pouvoir calorifique de différentes essences de bois. Comparaison des valeurs par m³ et par kg.

TST — la caractéristique thermique et opérationnelle la plus importante du combustible. Cet indicateur est utilisé dans divers domaines de l'activité humaine : les moteurs thermiques, les centrales électriques, l'industrie, le chauffage des logements et la préparation des aliments.

Les valeurs du pouvoir calorifique aident à comparer différents types de combustibles selon le degré d'énergie dégagée, à calculer la masse nécessaire de combustible et à économiser sur les dépenses.

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