Combustibles: pouvoir calorifique

Pouvoir calorifique supérieur

Le pouvoir calorifique supérieur (PCS) à volume constant d'un combustible représente la quantité de chaleur dégagée par la combustion de l'unité de masse du combustible:
- dans de l'oxygène saturé de vapeur d'eau,
- les produits réagissant et les produits formés étant à la même température,
- dans la même enceinte,
- l'eau formée étant liquide.

Cet essai fait l'objet de la norme NF M 07-030, et utilise un récipient appelé bombe calorimétrique.

La définition du pouvoir calorifique à volume constant ne correspond pas aux combustions industrielles qui ont lieu à pression constante, dans une enceinte ouverte, mais en fait la différence est faible et généralement négligée.

Pouvoir calorifique inférieur

La plupart du temps les fumées sortent des surfaces d'échange à une température supérieure au point de rosée. L'eau est donc émise sous forme de vapeur.

Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) se calcule en déduisant par convention, du PCS, la chaleur de condensation (2511 kJ/kg) de l'eau formé au cours de la combustion et éventuellement de l'eau contenue dans le combustible.

Pouvoir calorifique des mélanges

L'analyse précise d'un gaz ou d'un liquide permet de calculer son pouvoir calorifique à partir du pouvoir calorifique de ses constituants à l'aide de la relation:

PC_m = somme(x_i * PC_i)
avec:
- PC_m: pouvoir calorifique du mélange
- PC_i: pouvoir calorifique des constituants
- x_i: fraction massique de chaque constituant

Unités

Le pouvoir calorifique s'exprime en:
- kcal/kg
- milithermie/kg (=kcal/kg)
- thermie/tonne (=kcal/kg)
- TEP/tonne (=10000 thermies/tonne) (TEP: Tonne Equivalent Pétrole)
- kJ/kg (=0,239 kcal/kg)
- kWh/kg (=861kcal/kg)
- BTU/pound (=0,5554 kcal/kg)

ou exprimé par Nm3 pour les gaz.

Pouvoir calorifique des gaz

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                         PCI     PCS
                       milithermies/Nm3
                       ------   ------
Hydrogène                2570    3050   
Monoxyde de carbone      3025    3025
Hydrogène sulfuré        5760    6200
Méthane                  8575    9535
Ethane                  15400   16865
Propane                 22380   24360
Butane                  29585   32075
Ethylène                14210   15155
Propylène               20960   22400
Acétylène               13505   13975
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Pouvoir calorifique des liquides

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                         PCI     PCS
                        thermies/tonne
                        -----   -----
Hexane                  10780   11630
Octane                  10705   11535
Benzène                  9700   10105
Styrène                  9780   10190
Fioul lourd              9550
Fioul domestique        10030
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Pouvoir calorifique divers

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                         PCI     PCS
                        thermies/tonne
                        -----   -----
Bois (30% d'humidité)    2800
Bois sec                 4350
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Emission de CO2

Le problème posé par l'émission des gaz à effet de serre par l'industrie oblige à considérer les combustible sous l'angle de l'émission de CO2 engendré par leur utilisation.
Le tableau ci-dessous rapporte l'émission de CO2 de différent combustibles par unité de pouvoir calorifique.

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                         t CO2 
                     / TEP de PCI
                    -------------
 Hydrogène               0
 Gaz naturel             2,37
 GPL                     2,67
 Fioul lourd             3,24
 Fioul domestique        3,12
 Bois sec                3,78
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Coefficients de conversion en TEP

Coefficients de conversion en TEP (Tonne Equivalent Pétrole) de diverses sources d'énergie:

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Houille-Agglomérés        1t = 0,619 tep
Lignite charbon pauvre    1t = 0,405 
Coke                      1t = 0,667
Coke de Pétrole           1t = 0,762
Gaz Naturel      1000kwh PCS = 0,077
Butane Propane            1t = 1,095
Fioul Lourd (FOL)         1t = 0,952
Fioul domestique (FOD) 1200l = 1
Electricité          1000kwh = 0,222
Essence                1000l = 0,755
Super Carburant        1000l = 0,784
Gazole                 1000l = 0,833
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