Brevet FR2722272A1 — publié le 19960112

La présente invention concerne les dispositifs de combustion du type comprenant au moins un brûleur brûlant un combustible et un oxydant, destiné à être placé dans une paroi d'un four, ainsi que les procédés de mise en oeuvre de tels dispositifs. Les fours industriels, traditionnellement équipés d'aéro-brûleurs brûlant un mélange d'air et de combustible, ont récemment vu apparaître des oxybrûleurs, brûlant un mélange de combustible et d'oxydant, se substituant en tout ou partie aux aérobrûleurs classiques. Généralement, I'oxybrûleur se présente, à la façon de ces aérobrûleurs, sous la forme d'un dispositif individuel à éjection de fluides localisée, ce qui pose fréquemment des problèmes de profils de température et de transfert de chaleur dans la zone intéressée par la flamme de l'oxybrûleur. La présente invention a pour objet de proposer une nouvelle conception d'ensemble de combustion de combustible et d'oxydant permettant de limiter les pics de température de flammes et les émissions d'oxydes d'azote, et d'assurer un excellent transfert thermique dans un four. Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, L'ensemble de combustion comporte au moins une paire de brûleurs et une lance d'oxydant disposée entre les brûleurs de la paire et ayant un axe de lance sensiblement coplanaire avec les axes des brûleurs de la paire de brûleurs. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la lance est disposée de façon que l'axe de lance soit situé sensiblement à mi-distance entre les axes de brûleurs et forme typiquement avec ceux-ci un angle inférieur à 100 - la distance entre deux axes de brûleurs est comprise entre 0,4 et 2 mètres, selon le type de four. La présente invention concerne également un four, notamment un four de fusion de charge comprenant au moins une paroi latérale, typiquement sensiblement verticale, comportant au moins un ensemble de combustion tel que défini ci-dessus. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - L'angle entre le plan des axes de l'ensemble de combustion monté dans la paroi de four et l'horizontale est compris entre -25 et +25 , typiquement entre -20 et +20" , - le four comporte deux parois latérales opposées dont chacune comporte au moins un ensemble de combustion, les ensembles de combustion des parois opposées étant disposés sensiblement en vis-à-vis. La présente invention concerne également un procédé de mise en oeuvre d'un ensemble tel que défini ci-dessus, où l'oxydant alimentant les brûleurs et la lance comprend au moins 88 % d'oxygène. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - les brûleurs d'une même paire ont les mêmes débits de combustible et d'oxydant; - L'ensemble de combustion est alimenté par de l'oxydant en excès correspondant à une concentration molaire d'oxygène dans les produits de combustion secs comprise entre 0,5 % et 10 %; - I'impulsion (débit massique multiplié par la vitesse) de l'oxydant émis par la lance est compris entre 0,5 et 3 fois l'impulsion de flux d'oxydant et de combustible émis par un brûleur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en plan d'un four de fusion de charge pourvu d'ensembles de combustion selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique en coupe verticale d'un four de fusion de verre équipé d'ensembles de combustion selon l'invention. Dans la description qui va suivre et sur les dessins, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes chiffres de référence, éventuellement indicés. Un ensemble de combustion A selon l'invention comprend au moins une paire d'oxybrûleurs 1 parallèles ayant chacun un axe de brûleur 2 et au moins une lance d'oxydant 3, ayant un axe de lance 4, associée à la paire de brûleurs 1. L'ensemble est monté dans une paroi latérale 5, 5' d'un four de fusion de charge, par exemple un four de fusion de verre, de façon que les axes 2 et 4 soient sensiblement coplanaires, ce plan formant, avec un plan horizontal, un angle cc, positif ou négatif, comme représenté sur la figure 2, compris entre -25 et +25 , typiquement entre -20 et +20 . La lance 3 est disposée entre les brûleurs de la paire de brûleurs 1 de façon que son axe 4 soit sensiblement à mi-distance entre les axes 2 des brûleurs et forme éventuellement avec eux un angle latéral inférieur à 10 . L'ensemble de brûleurs peut comporter trois brûleurs 1 et deux lances 3 disposées comme décrit précédemment entre deux brûleurs adjacents constituant, pour chaque lance, une paire de brûleurs, comme représenté pour l'ensemble A' monté dans la paroi de four 5' sur la partie gauche de la figure 1. Selon les dimensions des fours industriels concernés, la distance entre deux brûleurs adjacents 1 d'un ensemble de combustion A, A', est compris entre 0,4 et 2 mètres. Chaque lance 3 comporte avantageusement au moins deux orifices d'éjection de même section formant des jets divergents séparés d'un angle de moins de 20 et situés dans le plan des axes de l'ensemble de combustion. Chaque brûleur comporte des lignes 6 et 7 d'alimentation, respectivement en combustible et en oxydant, chaque lance 3 étant pourvue d'une ligne 8 d'alimentation en oxydant. Selon un aspect de l'invention, les lignes d'oxydant d'un même ensemble de combustion sont reliées à une même source 9 d'oxydant comprenant au moins 88 % d'oxygène et constituée typiquement par une unité de séparation de l'air à adsorption du type dit PSA "Pressure Swing Adsorption" Le combustible est avantageusement sous forme gazeuse, typiquement du gaz naturel, et peut être également constitué par une atomisation de combustible liquide par un gaz tel que l'oxydant ou de la vapeur. Selon un aspect de l'invention, les brûleurs d'un même ensemble de combustion ont les mêmes débits de combustible et d'oxydant, le débit total d'oxydant étant égal au débit théorique nécessaire pour une combustion complète du combustible plus un excès d'oxydant équivalant à une concentration molaire de 0,5 % à 10 % de molécules d'oxygène dans les produits de combustion secs. Dans chaque ensemble de combustion, le débit d'oxydant d'un brûleur n'est pas supérieur à 90 % du débit théorique nécessaire pour une combustion complète du combustible éjecté par ce brûleur. Un même four peut comporter un ou plusieurs ensembles de combustion selon l'invention dans différentes sections, associés ou non à des aérobrûleurs tels que ceux figurés en 10 et accouplés à des régénérateurs 1 1 représentés dans le four de verre F de la figure 2. Dans le cas d'un four de verre F, comme représenté sur les figures 1 et 2, les ensembles de combustion A, A' sont disposés en vis-à-vis et sont avantageusement mis en oeuvre en alternance, d'un côté puis de l'autre, à la façon des aérobrûleurs. Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Ensemble de combustion (A, A') destiné à être placé dans une paroi (5, 5') d'un four (F) et comprenant au moins un brûleur (1) de combustible et d'oxydant ayant un axe de brûleur (2), caractérisé en ce qu'il comporte au moins une paire de brûleurs (1) et une lance d'oxydant (3) disposée entre les brûleurs de la paire et ayant un axe de lance (4) sensiblement coplanaire aux axes de brûleurs (2) de la paire de brûleurs (1). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de lance (4) est situé sensiblement à mi-distance entre les axes de brûleurs (2). 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'axe de lance (4) forme avec un axe de brûleur (1) un angle n'excédant pas 10 4. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance entre deux axes de brûleurs (2) est comprise entre 0,4 et 2 mètres. 5. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la lance (3) comporte au moins deux orifices d'éjection d'oxydant divergeant dans le plan des axes (2,4). 6. Four de combustion comprenant au moins une paroi latérale (5,5'), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un ensemble de combustion (A, A') selon l'une des revendications précédentes monté dans la paroi latérale. 7. Four selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'angle entre le plan des axes (2,4) de l'ensemble (A, A') et l'horizontale est compris entre -25 et +25 8. Four selon l'une des revendications 6 et 7 comprenant deux parois latérales opposées (5, 5'), caractérisé en ce qu'il comporte au moins une paire d'ensembles de combustion (A. A') montés en vis-à-vis dans les parois latérales opposées. 9. Procédé de mise en oeuvre d'un ensemble de combustion selon l'une des revendications 1 à 5 ou d'un four selon l'une revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'oxydant alimentant les brûleurs (1) et la lance (3) comprend au moins 88 % d'oxygène. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les brûleurs (1) d'un ensemble ont les mêmes débits de combustible et d'oxydant. 11. Procédé selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que l'ensemble est alimenté par de l'oxydant en excès correspondant à une concentration molaire d'oxygène dans les produits de combustion secs entre 0,5 % et 10 %. 12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l'impulsion du flux d'oxydant émis par la lance (3) d'un ensemble est compris entre 0,5 et 3 fois l'impulsion du flux d'oxydant et de combustible émis par un brûleur (1) de l'ensemble. 13. Procédé selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que l'oxydant est fourni par une installation (9) de séparation de l'air par adsorption.