Généralités sur la combustion

Chaudière, Machines à Vapeur, 4e et 3e Classes 1954

1 — Qu'est-ce que la combustion?

On entend par combustion le phénomène par lequel le carbone que renferme un combustible quelconque se combine avec l'oxygène de l'air en produisant de la chaleur. Ce phénomène s'appelle oxydation.

2 — Quels sont les éléments nécessaires pour assurer la combustion?

Il faut un combustible contenant du carbone et de l'hydrogène en proportions suffisantes pour pouvoir se combiner avec l'oxygène de l'air.

3 — D'où vient l'oxygène nécessaire à la combustion?

L'oxygène provient de l'air qui est admis dans le foyer. 4 1/3 livres d'air contiennent environ une livre d'oxygène.

4 — Quels sont les autres éléments importants que contient l'air?

L'air contient aussi de l'azote (nitrogen) en très grande quantité — soit environ les 4/5 de son volume.

5 — L'azote est-il essentiel à la combustion?

Non. L'azote n'accomplit aucun travail utile dans le phénomène de la combustion et il passe dans le foyer sans changer d'état.

6 — Quelles sont les conditions requises pour obtenir une combustion économique dans l' industrie?

Il faut d'abord un tirage suffisant qui assure le volume d'air voulu au foyer ; ensuite le foyer doit être suffisamment chaud pour enflammer le combustible.

7 — Comment obtient-on une combustion parfaite?

En permettant à tous les gaz produits par le combustible en brûlant de s'unir instantanément avec l'oxygène de l'air.

8 — Combien faut-il à l'air pour brûler une livre de charbon?

Environ 15 livres d'air, soit l'équivalent d'à peu près 200 pieds cubes.

LE TIRAGE

9 — Qu'est-ce qu'il faut entendre par "tirage"?

C'est le volume d'air qui est attiré dans le foyer par la différence de poids entre les gaz chauds qui cherchent à monter et les gaz froids qui viennent les remplacer.

10 — Comment le tirage aide-t-il la combustion?

L'air chaud cherche toujours à monter et en sortant du foyer, il entraîne les gaz dans la cheminée vers l'extérieur.

Il en résulte une aspiration qui force l'air froid à pénétrer sous les grilles — seul endroit où il peut passer pour pénétrer dans le foyer.

Comme le foyer est agencé de manière à faire passer l'air à travers le combustible, cette aspiration permet au feu de s'alimenter continuellement en air frais qui entretient la combustion.

Plus grande est la différence entre la température du dehors et celle des gaz s'échappant par la cheminée, plus rapide est la circulation et meilleur est le tirage.

11 — Est-il possible de régler artificiellement le tirage?

Le tirage d'un foyer peut être assuré par une soufflerie mécanique.

Par ce moyen on parvient à mieux contrôler la combustion, en particulier lorsque la demande de vapeur imposée à la chaudière est susceptible de varier considérablement.

Il suffit alors d'accélérer le débit du souffleur pour activer la combustion, ou de le ralentir quand la demande diminue.

12 — Combien doit-on faire entrer de pieds cubes d'air dans un foyer pour obtenir un bon tirage naturel?

Environ 530 pieds cubes par minute pour chaque pied carré de surface de la grille.

13 — Qu'est-ce qu'un combustible?

On appelle combustible toute matière susceptible de brûler comme le bois, la houille, le mazout, le pétrole et ses dérivés, etc.

14 — Quels sont les combustibles les plus employés et quel est leur rendement?

Le mécanicien de machines fixes doit avoir une idée exacte des combustibles et de leur rendement calorique.
Dans notre pays, les trois combustibles les plus employés sont: le bois, le charbon et l'huile.

Il importe d'en bien connaître les caractéristiques afin d'en obtenir le maximum de rendement.

Ces combustibles sont en majeure partie formés de carbone, et plus forte est cette proportion de carbone par rapport aux autres substances que contient un combustible, meilleur est ce dernier.

Sans entrer dans des détails trop techniques, disons que la houille ou charbon de terre est formée en moyenne, de:

80% de carbone, 5% d'hydrogène, 8% d'oxygène, 1½ d'azote, 1½ de soufre et 4% de résidus.

Par rapport à la houille, le bois sec fournit environ moitié moins de calories par livre. En fait, pour obtenir la chaleur correspondant au rendement d'une tonne de houille, il faut consumer environ 1J cordes de bois en moyenne.

La valeur relative des combustibles généralement employés, qui fera monter de 32° à 212°F. un certain nombre de livres d'eau, a été établie depuis longtemps.

Le tableau suivant nous permet de constater que:

1 livre de bois vert réchauffera 27 lbs d'eau de 32 à 212 °F

1 livre de tourbe 28 lbs d'eau de 32 à 212 °F

1 livre de bois sec 36 lbs d'eau de 32 à 212 °F

1 livre de charbon bitumineux 60 lbs d'eau de 32 à 212 °F

1 livre d'alcool 67 lbs d'eau de 32 à 212 °F

1 livre d'anthracite 75 lbs d'eau de 32 à 212 °F

1 livre de mazout 90 lbs d'eau de 32 à 212 °F

15 — Qu'est-ce que l'air?

C'est un fluide élastique constitué par environ 21 parties d'oxygène et 79 parties d'azote, auxquelles s'ajoutent quelques minimes parties (1/100e environ) de gaz rares: néon, krypton, hélium, etc.

L'air entretient la respiration et la combustion.

16 — Qu'est-ce que l'eau?

L'eau est un liquide transparent, sans goût particulier et sans odeur, formé de deux volumes d'hydrogène pour un volume d'oxygène.

17 — Pourquoi est-il nécessaire d'avoir de l'eau dans une chaudière à vapeur avant de commencer à allumer le jeu?

En premier lieu pour obtenir de la vapeur ; ensuite pour empêcher que les parois et les tubes de la chaudière ne soient détériorés ou mis hors de service par l'action directe du feu.

18 — Comment prépare-t-on un feu au charbon dans le foyer d'une chaudière à vapeur?

On commence par recouvrir les grilles d'une mince couche de charbon, puis on ajoute du bois et on y met le feu.

 Lorsque le bois est bien enflammé, on le recouvre d'un peu de charbon, on laisse prendre le feu comme il faut, puis on continue à alimenter graduellement le foyer avec du charbon.

19 — Quelle proportion de carbone contient le charbon dur?

Il contient de 80 à 90% de carbone.

20 — Quelle proportion de carbone contient le charbon mou?

De 45 à 70%.

21 — Qu'est-ce que le carbone?

C'est la partie du charbon qui brûle entièrement dans le foyer et qui demeure sur la grille.

22 — Qu'est-ce que contient encore le charbon?

Il contient des gaz qui se volatilisent sous l'action de la chaleur.

23 — Quelles sont les autres substances que contient le charbon?

Du goudron, du soufre et du roc.

24 — Donnez un aperçu du rendement calorifique des substances que renferme le charbon.

Une livre de charbon dur (houille anthracite) de bonne qualité renferme environ 14,700 BTU dont voici la provenance:

Carbone.......... 14,500 BTU par livre

Hydrogène.........62,000 BTU par livre

Soufre............ 4,000 BTU par livre

Le charbon est formé de 80% de carbone dont chaque livre donne 14,500 BTU ; donc, le charbon produit:

14,00 x 80 / 100 = 11600 BTU à même le carbone qu'il contient

Ensuite, le charbon renferme 5% d'hydrogène.

Comme l'hydrogène produit 62,000 BTU par livre, une livre de charbon produit donc, en moyenne:

62000 x 5 / 100 = 3100 BTU à même l'hydrogène

En additionnant 11600 avec 3100, on obtient le rendement théorique de 14700 BTU pour chaque livre de charbon.

Agencement du foyer d'un chargeur automatique