Projet PR20 Brûleurs à hydrogène - Propriétés de combustion de l'hydrogène

Résumé et principaux résultats

L'hydrogène est, dans les conditions normales de température et de pression, un gaz incolore et inodore, se caractérisant par une très faible densité (il est environ 8 fois plus léger que le méthane). Il a déjà été utilisé comme combustible pendant longtemps, en mélange avec le monoxyde de carbone et le méthane. Il était en effet un des constituants du "gaz de ville", distribué dans le passé dans les réseaux urbains, utilisé entre autres pour l'éclairage des rues et pour alimenter les appareils de cuisson. La combustion de l'hydrogène pur présente, cependant, de nombreuses différences par rapport au gaz naturel. Sa vitesse de flamme très élevée empêche son utilisation dans les brûleurs conçus pour fonctionner avec le gaz naturel. Sa température de flamme, plus grande que pour le gaz naturel, accroit le stress thermique auquel sont sujets les matériaux et le risque de formation de NOx. Sa forte diffusivité, sa plage d'inflammabilité très large et son énergie d'allumage très faible augmentent les risques des fuites et d'explosions accidentelles. Ces différences et leur impact sur la conception des brûleurs sont détaillés dans ce rapport.

Title: Project PR20 Hydrogen burners - Hydrogen combustion properties
Abstact: Hydrogen can be considered, at standard temperature and pressure conditions, as a colorless, odorless, tasteless, non-toxic, ideal gas, characterized by its low density, 8 times lower than methane. Hydrogen has been used as a fuel since the beginning of the 19th century, mostly blended to other fuels, like carbon monoxide and methane. When compared to natural gas, the most important primary energy source in Europe, it has a significantly higher flame speed, a greater flammability range, lower ignition energy and is likely to burn at a higher temperature. These characteristics present significant challenges that strongly impact burner design in residential appliances and industrial equipment, notably because of concerns with flashback, higher NOx emissions and the potential increase in the risk of explosion of unburned gas. Hydrogen has a much lower calorific value than natural gas; when burned hydrogen releases only one-third as much energy per unit volume of gas as natural gas at the same pressure and temperature. Yet, its Wobbe index, which provides an estimate of the energy carrying capability of a gas, is quite similar, meaning that the pressure drop being the same, hydrogen can carry about 90% of the energy carried by natural gas.

Thème

Combustion

Mots-clés

Brûleurs, Combustion

Auteurs

TADDEO Lucio