le bilan thermique

Toute installation consommant ou produisant de l’énergie est régie par un bilan thermique, lui-même éta­bli selon les lois de la thermodynamique ; il exprime l’équilibre entre les enthalpies entrant dans le système et les enthalpies sortant de celui-ci.

L’établissement d’un tel bilan permet de calculer, par itérations successives, en fonction des valeurs para­métrables, les consommations ou dégagements d’énergie induits par le système, ainsi que les bilans matiè­res des sous-produits (solides et volatils).

Ces enthalpies se définissent de la façon suivante :

• enthalpies entrantes :
  • réactions exothermiques libérées par l’oxydation des produits traités (par exemple, la combustion de la matière organique des boues) ;
  • énergie recirculée par le process (par exemple, dans le cas de l’incinération, l’enthalpie de l’air de flui­disation préchauffé.) ;
  • énergie dégagée par la combustion du combustile d’apport (quantité du combustible d’appoint/heure × pouvoir calorifique inférieur de ce combustible d’appoint).

• enthalpies sortantes :
  • réactions endothermiques dégagées par le système ; dans le cas de boues, il s’agit plus particulière­ment de la chaleur latente d’évaporation de l’eau contenue dans la boue apportée au système ;
  • enthalpie (ou chaleur sensible) des produits de réactions provenant de la décomposition des matières alimentées ; dans le cas des boues, il s’agit essentiellement de la surchauffe, à la température de sortie du système, de l’eau évaporée et des produits de combustion, complète ou incomplète, de la boue ;
  • enthalpie (ou chaleur sensible) des produits de réactions provenant du combustible d’appoint lorsqu’il est requis par l’équilibre réactionnel ;
  • pertes thermiques du système ; celles-ci sont calculées au travers des formules classiques de transfert de chaleur. De manière simplifiée et en première approximation, elles sont prises empiriquement à 3 % de la somme des enthalpies sortantes.

L’équilibre est atteint par itérations successives en prenant en compte :

• la température minimum de sortie du système ;
• le taux d’O₂ libre dans les produits gazeux sortant du système (excès d’air).

C’est le cas particulier des systèmes d’incinération ou de pyrolyse/gazéification pour lesquels la tempéra­ture minimum doit être de 850 °C et le taux d’oxygène libre fixé à un niveau régi par la réglementation en vigueur (les règles de l’art impliquent généralement une teneur par défaut de 6 % d’O₂ sur gaz secs, ce qui correspond à environ 3 à 3,5 % sur gaz humides).