Combustion humide de l’hydrogène et cycle de la « Pompe A Vapeur d’Eau »

Le cycle dit “ Pompe à vapeur d’eau“ se définit par le recyclage sélectif de la vapeur d’eau véhiculée par les produits de combustion en sortie de machine thermique par échange de masse et de chaleur entre les produits de combustion sortant et l’air atmosphérique entrant. Avec le combustible hydrogène, cette forme de combustion humide, est susceptible de très fortes performances énergétiques et écologiques. Dans ce contexte, nous présentons ici le Diagramme Hygrométrique de Combustion (DHC) de l’hydrogène et appliquons cet outil pour anticiper les performances énergétiques de ce nouveau combustible dont le PCS dépasse de 18% son PCI. Ces anticipations concernent aussi le cas des turbines à gaz en cas de combustion humide qui, par ailleurs sont, a priori, fortement consommatrice d’eau additionnelle. La formation de panache d’eau atmosphérique, le « coût » de son élimination, la possible pollution résiduelle due aux NOx sont également présentés, cela concernant l’utilisation du combustible hydrogène dans toutes les machines thermiques à combustion, y compris dans les piles à combustibles. Toutes applications confondues et dans un contexte de cogénération, la combustion humide dont le cycle dit « pompe à vapeur d’eau » fait partie, augmente la température de rosée des produits de combustion d’environ 10°C et favorise une récupération exploitable d’énergie approchant 100% du pouvoir calorifique supérieur du combustible (100% du PCS). Ce qui est important à souligner avec le combustible hydrogène.

The so-called “water vapor pump” cycle is defined by the selective recycling of the water vapor carried by the combustion products at the outlet of the thermal machine by exchange of mass and heat between the exiting combustion products and the incoming atmospheric air. With hydrogen fuel, this form of wet combustion is capable of very high energy and ecological performance. In this context, we present here the Hydrometric Combustion Diagram (HCD) of hydrogen and apply this tool to anticipate the energy performance of this new fuel whose PCS exceeds its PCI by 18%. These expectations also concern the case of gas turbines in the case of wet combustion which, moreover, are, a priori, highly consuming additional water. The formation of atmospheric water plumes, the "cost" of its elimination, the possible residual pollution due to NOx are also presented, this concerning the use of hydrogen fuel in all thermal combustion machines, including in fuel cells. All applications combined and in a cogeneration context, wet combustion, of which the so-called “water vapor pump” cycle is part, increases the dew point temperature of the combustion products by approximately 10°C and promotes useful energy recovery. approaching 100% of the higher calorific value of the fuel (100% of the PCS). What is to be emphasized with hydrogen fuel.

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