Brevet FR2726070A1 — publié le 19960426

ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION Domaine de l'invention Cette invention concerne un procédé et un appareil pour la combustion dans un appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface dans lequel la combustion est effectuée par étages dans les pores du lit poreux stationnaire et le transfert thermique est effectué en utilisant les surfaces d'échange de chaleur noyées dans le lit poreux stationnaire conduisant à une intensité de combustion très élevée, des vitesses de transfert thermique très élevées, un rendement amélioré d'utilisation de l'énergie, des émissions de combustion ultrafaibles et des coûts d'investissement et de fonctionnement plus faibles.L'utilisation d'une combustion par étages dans un appareil de chauffage à brûleur de surface et à matrice poreuse selon cette invention réduit la formation de NOX par le procédé de combustion à des niveaux de moins d'environ 10 ppm en volume. Description de la technique antérieure En général, l'énergie thermique peut être transmise par conduction, convection et/ou rayonnement. La transmission de chaleur par rayonnement et l'utilisation de l'énergie infrarouge ont de nombreux avantages sur la transmission de chaleur classique par convection et conduction. Le fonctionnement et la construction de brûleurs à infrarouge et de radiateurs chauffants sont relativement simples et, par conséquent, plus économiques que les autres types de moyens de production de chaleur. L'intensité de chaleur rayonnante peut être régulée de manière précise pour un rendement plus élevé et l'énergie infrarouge peut être focalisée, réfléchie ou polarisée conformément aux lois de l'optique. En outre, la chaleur rayonnante n'est ordinairement pas affectée par les courants d'air.Un type de générateur d'infrarouges à gaz couramment disponible est un brûleur à infrarouge à combustion de surface ayant une surface de brûleur rayonnante comprenant un réfractaire poreux. Le mélange de combustion est transporté à travers le réfractaire poreux et brûle sur la surface en chauffant la surface par conduction. Un brûleur de ce type est décrit par le brevet U.S 1 331 022. D'autres brûleurs de surface sont décrits par les brevets U.S 4666400 ; 4605 369 4354823 ; 3 188366 ; 4673349 ; 3 833338 et 4597734.Voir également le brevet U.S. 3738793 qui décrit un brûleur à éclairage ayant une structure poreuse stratifiée, les pores stratifiés maintenant une flamme stable dans un brûleur à éclairement oxyde de thorium-oxyde de cérium dans lequel la combustion n'a pas lieu à l'intérieur des pores du brûleur, mais plutôt à la surface de la couche supérieure. La régulation des émissions de combustion, en particulier les émissions de NOx, est une exigence importante pour les brûleurs de surface dont on sait qu'ils produisent généralement une intensité de combustion élevée et, par conséquent, des températures de combustion élevées. n est connu en général que, pour réduire la formation de NOX dans le procédé de combustion, il est nécessaire d'évacuer simultanément la chaleur du processus de combustion à mesure que la combustion du combustible a lieu. Le brevet U.S. 5 014 652 décrit un réacteur à combustion en lit fluidisé/réfrigérant à lit fluidisé comprenant une chambre de réacteur vertical destinée à contenir deux lits fluidisés séparés, dont l'un contient des serpentins réfrigérants à travers lesquels circule un fluide réfrigérant pour évacuer la chaleur du lit.Le brevet U.S. 3 645237 décrit un chauffe-eau à lit fluidisé dans lequel l'eau est chauffée ou la vapeur d'eau est produite par passage de l'eau à travers des serpentins chauffants noyés dans le lit fluidisé. De manière semblable, les brevets U.S. 4499944, 4779574 et 4 646 637 décrivent un échangeur de chaleur monté dans un lit fluidisé. Et le brevet U.S. 4 899 695 décrit une réaction de combustion en lit fluidisé dans laquelle la chaleur est transférée du lit fluidisé à des tubes contenant de l'eau entourant le réacteur. Une alternative pour réguler les émissions de NOx par évacuation de chaleur du processus de combustion à mesure que la combustion du combustible a lieu est l'utilisation d'une combustion par étages dans laquelle le combustible et/ou l'oxydant sont introduits dans la chambre de combustion par étages et dans des conditions maintenant généralement la température de combustion au-dessous de la température nécessaire à une formation importante de NOx. Les brevets U.S.5 080 577 et 5 160 254 décrivent tous deux une combustion par étages dans un brûleur à matrice poreuse.Le brevet 5080577 décrit une méthode et un appareil pour la combustion à faibles émissions de NOX dans laquelle le mélange de combustible et d'oxydant est brûlé dans une première zone de combustion où le mélange est riche en combustible et dans une seconde zone de combustion où le mélange est pauvre en combustible. Le brevet 5 160 254 décrit un brûleur à matrice poreuse avec une zone primaire et une zone secondaire de combustion, la zone primaire de combustion étant pauvre en combustible et la zone secondaire de combustion étant riche en combustible. Pour avoir les conditions désirées d'un mélange riche en combustible dans la zone de combustion secondaire, le combustible et l'oxydant sont injectés tous deux dans la matrice poreuse en aval de la zone de combustion primaire. Voir également le brevet russe SU 1393994. Le brevet U.S. 5 308473 décrit un procédé et un appareil de régénération par craquage catalytique fluidisé à faible teneur en NOx qui utilise une postcombustion en phase diluée pour surchauffer le catalyseur entraîné dans la région de phase diluée au-dessus du lit fluidisé. De manière semblable, le brevet U.S. 5288397 décrit un procédé et un appareil pour la régénération d'un catalyseur de craquage catalytique fluidisé en phase dense, au moins partiellement à co-courant, en lit fluidisé. Un problème associé avec les brûleurs à lit fluidisé est la quantité de matière particulaire produite par ces lits qui est entraînée avec les produits de combustion s'échappant du brûleur. En outre, le caractère abrasif des particules du lit fluidisé vis-à-vis des surfaces extérieures des échangeurs de chaleur disposés dans le lit fluidisé provoque l'érosion des surfaces de l'échangeur de chaleur. Enfin, la perte de charge de l'écoulement à travers le lit fluidisé est élevée à cause de la vitesse d'écoulement élevée nécessaire à la fluidisation. RESUME DE L'INVENTION Un objet de cette invention est de proposer un procédé et un appareil pour la combustion d'un gaz et le chauffage d'un fluide qui produit des émissions de combustion ultrafaibles. Un autre objet de cette invention est de proposer un procédé et un appareil pour la combustion d'un gaz et le chauffage d'un fluide ayant une intensité de combustion plus élevée, des vitesses élevées de transfert thermique et, par conséquent, un rendement plus élevé d'utilisation de l'énergie que les appareils connus de combustion à gaz et chauffage de fluide. On sait en général que les émissions de NOx résultent de la formation de NOx thermique, c'est-à-dire de NOX qui est formé à partir des réactions à haute température de N2 et 2 dans les flammes d'hydrocarbures, et de NQx instantané, dont la formation dépend absolument de la présence d'hydrocarbures tout en étant relativement indépendante de la température, du type de combustible, du rapport de mélange et de la durée de passage. Par exemple, les flammes de CO et de H2 ne donnent pas d'émissions de NOx instantané. En conséquence, un objet de cette invention est de proposer un procédé et un appareil pour la combustion d'un combustible qui réduit non seulement la teneur en NOX thermique formé dans le processus de combustion, mais également la formation d'émissions de NOx instantané, en comparaison avec les procédés de combustion connus, conduisant ainsi à des teneurs totales en NOX de moins d'environ 10 ppm en volume. Ces objets et d'autres de cette invention sont atteints par un appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse comprenant au moins une paroi de chambre de brûleur formant une chambre de combustion ayant une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie, un distributeur d'écoulement à peu près à l'extrémité d'entrée de la chambre de combustion, un lit poreux stationnaire disposé entre le distributeur d'écoulement et l'extrémité de sortie de la chambre de combustion, un échangeur de chaleur de lit poreux noyé dans le lit poreux stationnaire, des moyens d'alimentation en mélange combustible/oxydant pour introduire un mélange d'un combustible et d'un oxydant primaire dans le lit poreux stationnaire et des moyens d'alimentation en oxydant secondaire pour introduire un oxydant secondaire dans le lit poreux stationnaire. L'appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse selon cette invention est un dispositif de combustion-transfert de chaleur qui repose sur le concept de stabilisation d'un processus de combustion et d'évacuation de l'énergie d'une matrice poreuse à l'intérieur du même volume de réglage. Un mélange de combustible et d'oxydant est distribué dans la matrice poreuse au moyen d'un distributeur d'écoulement. Selon un mode de mise en oeuvre de cette invention, le distributeur d'écoulement est une grille refroidie. L'énergie de la zone de combustion est transmise par rayonnement et conduction à travers la matrice poreuse, comprenant une zone de préchauffage disposée dans une région du lit poreux stationnaire voisine en aval du distributeur d'écoulement. A mesure que le mélange de combustible et d'oxydant circule à travers la zone de préchauffage, le mélange est préchauffé jusqu'à sa température d'allumage, principalement au moyen du transfert de chaleur par convection depuis les corps de matrice poreuse. Du fait des niveaux élevés de turbulence produits par les corps de matrice poreuse, une oxydation rapide du combustible se produit à l'intérieur de la zone de combustion. L'énergie du processus de combustion est transmise par convection et conduction aux corps de matrice poreuse et aux tubes inférieurs de l'échangeur de chaleur disposés dans la portion inférieure du lit de matrice poreuse. En outre, l'énergie est transmise par rayonnement des corps de matrice poreuse à ces tubes inférieurs de l'échangeur de chaleur, qui évacuent rapidement l'énergie au moyen d'un fluide circulant dans ceux-ci. L'énergie est également transférée par rayonnement et conduction depuis les corps de la matrice poreuse dans la zone de combustion vers les corps de la matrice poreuse dans une zone supérieure d'évacuation de la chaleur disposée dans la portion supérieure du lit de matrice poreuse stationnaire. Cette énergie, combinée avec l'énergie de convection depuis les produits de combustion complète, est transférée aux tubes supérieurs de l'échangeur de chaleur disposés dans la zone supérieure d'évacuation de chaleur, tubes supérieurs de l'échangeur de chaleur qui évacuent rapidement de l'énergie supplémentaire depuis le lit poreux stationnaire au moyen d'un fluide circulant à travers ceux-ci. Une partie du caractère unique de l'appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface de cette invention consiste dans les surfaces spécifiques de transfert de chaleur élevées produites par les corps de la matrice poreuse, qui augmentent les vitesses d'évacuation de la chaleur au moyen d'un transfert de chaleur par convection et rayonnement amélioré, réduisant ainsi les températures de flamme globales, ce qui réduit la formation de NOX thermique et augmente les flux thermiques des tubes de fluide, ce qui, au moyen du transfert de chaleur par convection et rayonnement amélioré, réduit la dimension des tubes d'échangeur de chaleur nécessaires et améliore le rendement thermique global.En outre, un écoulement turbulent est produit par les corps de matrice poreuse, augmentant encore les vitesses d'évacuation de chaleur au moyen du transfert de chaleur par convection amélioré, ce qui réduit les températures globales de flamme et, donc, la formation de NOX thermique, augmentant encore les flux thermiques des tubes de fluide au moyen du transfert thermique par convection et rayonnement amélioré, ce qui réduit la dimension des tubes d'échangeur de chaleur nécessaires et améliore le rendement thermique global, améliorant l'intensité de combustion et concentrant ainsi la libération de chaleur depuis le processus de combustion, produisant une combustion homogène qui réduit les températures de flamme maximales, ce qui réduit à son tour la formation de NOx thermique, et augmentant le rendement de combustion qui conduit à de faibles teneurs en CO et hydrocarbures non brûlés. Les données expérimentales, théoriques et numériques ont montré que les produits de combustion complète de l'appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse selon l'invention sans l'utilisation d'une combustion par étages contiennent des teneurs en NOX de moins d'environ 15 ppm en volume et des teneurs en CO de moins d'environ 35 ppm en volume (corrigées à 3% d'O) et des teneurs en hydrocarbures non brûlés d'au moins de 5 ppm en volume (corrigées à 3% d'O2). En outre, on a démontré des flux des tubes d'échangeur de chaleur dépassant 338,76 W/m2 (90 000 But/h.ft2). L'introduction de l'oxydant pour la combustion du combustible par étages dans l'appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse selon le procédé et l'appareil de cette invention produit des teneurs en NOx inférieures à 10 ppm en volume (corrigées à 3% d'O2). Le procédé pour la combustion d'un combustible gazeux selon un mode de mise en oeuvre de cette invention comprend l'introduction d'un mélange combustible/oxydant riche en combustible dans l'extrémité d'admission d'une chambre de combustion dans laquelle est disposé un lit poreux stationnaire. Le mélange combustible/oxydant riche en combustible est brûlé dans le lit poreux stationnaire pour y former une zone de combustion primaire. Un oxydant secondaire est introduit dans le lit poreux stationnaire en aval de la zone de combustion primaire, formant une zone de combustion secondaire. Enfin, la chaleur résultant de la combustion est évacuée de la chambre de combustion. BREVE DESCRIKUION DES DESSINS Les caractéristiques et objets précités et autres de cette invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit conjointement avec les dessins, dans lesquels: la figure 1 est un diagramme schématique d'un appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse utilisant une combustion en un seul étage; et la figure 2 est un diagramme schématique d'un appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse utilisant une combustion par étages selon un mode de mise en oeuvre de cette invention. DESCRIPIION DES MODES DE MISE EN OEUVRE PREFERES La figure 1 représente un mode de mise en oeuvre d'un appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse 10 comprenant au moins une paroi 18 qui forme une chambre de combustion dans laquelle un mélange combustible/oxydant, comprenant de préférence du gaz naturel et n'importe quel gaz ou mélange gazeux comprenant de l'oxygène, y compris l'air, l'oxygène, des gaz de combustion, de l'azote, de la vapeur d'eau, etc., est introduit dans l'extrémité d'admission 1 1 et distribué dans un lit poreux stationnaire 15 disposé dans la chambre de combustion par un distributeur d'écoulement 13 disposé dans une zone de distributeur définie par les flèches 19, comprenant des tubes réfrigérants de distributeur d'écoulement 14 dans lesquels circule un fluide réfrigérant pour refroidir le distributeur d'écoulement 13. Le lit poreux stationnaire 15 comprend plusieurs particules céramiques à haute température 16. L'énergie provenant de la zone de combustion définie par les flèches 21 est transmise par rayonnement et conduction à travers le lit poreux stationnaire 15 comprenant une zone de préchauffage définie par les flèches 20 disposée dans le lit poreux stationnaire 15 dans la région voisine du distributeur d'écoulement 13. A mesure que le mélange combustible/oxydant s'écoule dans la zone de préchauffage 20, le mélange est préchauffé jusqu'à sa température d'inflammation, principalement à cause du transfert de chaleur par convection depuis les particules céramiques à haute température 16 constituant le lit poreux stationnaire 15.Par suite des niveaux de turbulence élevés créés par les particules céramiques à haute température 16 dans le lit poreux stationnaire 15, une oxydation rapide du combustible a lieu dans la zone de combustion 21. L'énergie du processus de combustion est transmise par convection et conduction aux particules céramiques à haute température 16 et aux tubes inférieurs d'échangeur de chaleur 17 disposés dans une région inférieure du lit poreux stationnaire 15. En outre, l'énergie des particules céramiques à haute température 16 est également transmise par rayonnement aux tubes inférieurs d'échangeur de chaleur 17. Les tubes inférieurs d'échangeur de chaleur 17 disposés dans la portion inférieure du lit poreux stationnaire 15 évacuent rapidement la chaleur du lit poreux stationnaire 15 au moyen d'un fluide réfrigérant, de préférence l'eau, circulant dans ceux-ci. L'énergie est également transmise par rayonnement et conduction depuis les particules céramiques à haute température 16 dans la zone de combustion 21 aux particules céramiques à haute température 16 disposées dans la zone supérieure d'évacuation de chaleur définie par les flèches 22, disposées dans le lit poreux stationnaire 15 vers l'extrémité de sortie 12 du brûleur 10. Cette énergie, combinée avec l'énergie de convection des produits de combustion complète, est transférée aux tubes supérieurs d'échangeur de chaleur 23 disposés dans le lit poreux stationnaire 15 dans la région correspondant à la zone supérieure d'évacuation de chaleur 22. Ceci entraîne à son tour une élimination rapide d'énergie supplémentaire par un fluide réfrigérant, de préférence l'eau, circulant dans lesdits tubes supérieurs d'échangeur de chaleur 23. La figure 2 représente un appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse à deux étages selon un mode de mise en oeuvre de cette invention. L'appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse à deux étages 30 comprend au moins une paroi de chambre de combustion 38 formant une chambre de combustion ayant une extrémité d'admission 31 et une extrémité de sortie 32. Un distributeur d'écoulement 33 est disposé près de l'extrémité d'admission 31 de la chambre de combustion. Le lit poreux stationnaire 35 est disposé entre le distributeur d'écoulement 33 et l'extrémité de sortie 32 de la chambre de combustion. Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement préféré de cette invention, le lit poreux stationnaire 35 est supporté sur le distributeur d'écoulement 33. Dans le lit poreux stationnaire 35, est disposé un échangeur de chaleur à lit poreux comprenant au moins un tube d'échangeur de chaleur 37 dans lequel circule un fluide réfrigérant. Pour produire l'échange de chaleur désiré entre le lit poreux stationnaire 35 et ledit ou lesdits tubes d'échangeur de chaleur refroidis par un fluide 37 disposés dans le lit poreux stationnaire 35, on préfere que le diamètre extérieur dudit ou desdits tubes d'échangeur de chaleur refroidis par un fluide 37 soit dans l'intervalle d'environ 1,27 cm à environ 7,62 cm. Selon un mode de mise en oeuvre préféré comprenant plusieurs tubes d'échangeur de chaleur refroidis par un fluide 37, le rapport de l'intervalle des tubes dans le lit poreux stationnaire 35 (horizontalement et verticalement) au diamètre des tubes d'échangeur de chaleur refroidis par un fluide 37 est compris entre environ 1,0 et environ 3,0. Le lit poreux stationnaire 35 comprend plusieurs particules céramiques à haute température 36, choisies de préférence parmi l'alumine, le carbure de silicium, la silice, la zircone et leurs mélanges. Selon un mode de mise en oeuvre préféré de cette invention, le diamètre moyen des particules céramiques à haute température 36 est compris entre environ 2,54mm et environ 7,6Zcm pour produire les conditions nécessaires de transfert thermique et d'écoulement turbulent dans le lit poreux stationnaire 35. Le distributeur d'écoulement 33, selon un mode de mise en oeuvre de cette invention, comprend une paroi ayant plusieurs ouvertures 46 par lesquelles le mélange combustible/oxydant s'écoule dans le lit poreux stationnaire 35. Pour produire le refroidissement du distributeur d'écoulement 33, au moins un tube réfrigérant 34 est disposé dans le distributeur d'écoulement 33. Dans un mode de mise en oeuvre particulièrement préféré de cette invention, le distributeur d'écoulement refroidi 33 est sous la forme d'une paroi de membrane. Pour produire l'introduction par étages de l'air de combustion utilisé pour la combustion du combustible, l'appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse 30 comprend en outre des moyens de mélange combustible/oxydant pour introduire un mélange d'un combustible et d'un oxydant primaire dans le lit poreux stationnaire 35 et des moyens d'oxydant secondaire pour introduire un oxydant secondaire dans le lit poreux stationnaire 35. Selon un mode de mise en oeuvre de cette invention, lesdits moyens d'introduction du mélange combustible/oxydant comprennent un distributeur d'écoulement 33 refroidi par un fluide.Selon un mode de mise en oeuvre préféré de cette invention, lesdits moyens pour l'introduction d'un oxydant secondaire dans le lit poreux stationnaire 35 comprennent au moins un tube d'injection d'oxydant secondaire 44 disposé dans le lit poreux stationnaire 35 en aval de la zone de combustion primaire définie par les flèches 41. Comme on l'a discuté précédemment, ledit échangeur de chaleur à lit poreux comprend au moins un tube d'échangeur de chaleur 37 refroidi par un fluide disposé dans le lit poreux stationnaire 35. Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement préféré, ledit ou lesdits tubes d'échangeur de chaleur 37 refroidis par un fluide sont disposés dans la portion inférieure du lit poreux stationnaire 35 à au moins environ 2,54 à environ 10,16 cm du distributeur d'écoulement 33. Le procédé pour la combustion par étages dans l'appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse 30 représenté à la figure 2 comprend l'introduction d'un mélange combustible/oxydant riche en combustible dans l'extrémité d'admission 31 d'une chambre de combustion dans laquelle est disposé un lit poreux stationnaire 35. Selon un mode de mise en oeuvre de cette invention, le combustible est du gaz naturel et le mélange gaz naturei/oxydant a un rapport stoechiométrique compris entre 0,5 et environ 1,0. Ce mélange est distribué dans le lit poreux stationnaire 35 au moyen du distributeur d'écoulement 33, refroidi par un liquide réfrigérant circulant dans des tubes réfrigérants du distributeur d'écoulement 34 disposés dans le distributeur d'écoulement 33. Depuis la zone de distribution, définie par les flèches 39, de l'appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse en deux étages 30, le mélange combustible/oxydant riche en combustible est préchauffé dans une zone de préchauffage définie par les flèches 40 disposée dans le lit poreux stationnaire 35 immédiatement en aval de la zone de distribution 39. Depuis la zone de préchauffage 40, le mélange combustible/oxydant riche en combustible s'écoule dans la zone de combustion primaire définie par les flèches 41 immédiatement en aval de la zone de préchauffage 40. L'énergie de la zone de combustion primaire 41 est transmise par rayonnement et conduction à travers le lit poreux stationnaire 35, y compris dans la zone de préchauffage 40.Donc, le mélange de combustible et d'oxydant est préchauffé dans la zone de préchauffage 40 jusqu'à sa température d'inflammation par transfert de chaleur par convection et rayonnement depuis les particules céramiques à haute température 36 du lit poreux stationnaire 35. A cause des niveaux de turbulence élevés créés par les particules céramiques à haute température 36, une oxydation partielle rapide du combustible se produit dans la zone de combustion primaire 41. Il se produit dans la zone de combustion primaire 41 des produits de combustion incomplète ayant des teneurs élevées en H2, CO et N2. Des teneurs extrêmement faibles en NOx et en hydrocarbures non brûlés totaux sont produites dans la zone de combustion primaire 41. L'énergie du processus de combustion dans la zone de combustion primaire 41 est transmise par convection et conduction à des tubes inférieurs d'échangeur de chaleur 37 refroidis par un fluide disposés dans la portion inférieure du lit poreux stationnaire 35. En outre, l'énergie est transmise par rayonnement des particules céramiques à haute température 36 aux tubes inférieurs d'échangeur de chaleur 37 refroidis par un fluide. Les tubes inférieurs d'échangeur de chaleur refroidis par un fluide 37 évacuent rapidement la chaleur au moyen d'un fluide réfrigérant, par exemple l'eau, circulant dans ceux-ci. L'oxydant secondaire est ensuite injecté dans une zone d'injection d'oxydant secondaire définie par les flèches 42 dans le lit poreux stationnaire 35, disposée au voisinage et en aval de la zone de combustion primaire 41.L'oxydant secondaire est injecté dans la zone d'injection d'oxydant secondaire 42 à travers des tubes d'injection d'oxydant secondaire 44 disposés dans la zone d'injection d'oxydant secondaire 42 du lit poreux stationnaire 35. Les niveaux élevés de turbulence créés par les particules céramiques à température élevée 36 dans le lit poreux stationnaire 35 favorisent le mélange de l'oxydant secondaire avec les produits de la combustion incomplète provenant de la zone de combustion primaire 41, formant une zone de combustion secondaire définie par les flèches 43 dans le lit poreux stationnaire 35, disposée immédiatement en aval de la zone d'injection d'oxydant secondaire 42. L'efficacité de combustion des produits de combustion incomplète et de l'oxydant secondaire est donc favorisée.Selon le mode de mise en oeuvre préféré du procédé de cette invention, la quantité d'oxydant secondaire introduite dans la zone d'injection d'oxydant secondaire 42 est suffisante pour terminer la combustion des produits de combustion incomplète provenant de la zone de combustion primaire 41. Pour maintenir la température de flamme dans le lit poreux stationnaire 35 au-dessous de la température nécessaire à la formation de NOX thermique, la chaleur produite par la réaction de combustion complète dans la zone de combustion secondaire 43 est rapidement évacuée par les tubes supérieurs 45 d'échangeur de chaleur refroidis par un fluide disposés dans la zone de combustion secondaire 43 du lit poreux stationnaire 35.A cause de la quantité importante d'énergie, environ 10 à 30%, évacuée de la zone de combustion primaire 41 par les tubes inférieurs d'échangeur de chaleur 37 refroidis par un fluide disposés dans la zone de combustion primaire 41, la température de la flamme dans la zone supérieure de combustion refroidie par un fluide 43, après combustion complète et séparation rapide supplémentaire de chaleur par les tubes supérieurs d'échangeur de chaleur 45 refroidis par un fluide, sera réduite notablement au-dessous de 1538'C. Donc, la formation de NOx thermique est réduite. En outre, la formation de NOX instantané est également réduite à cause de la présence de très faibles teneurs en hydrocarbures non brûlés dans les produits de combustion venant de la zone de combustion primaire 41.Par réduction de la formation de NOx dans la zone de combustion primaire 41 et de NOX thermique et instantané dans la zone de combustion secondaire 43, les teneurs totales en NOx à la sortie de l'appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse en deux étages 30 peuvent être de moins de 10 ppm en volume. Les résultats expérimentaux ainsi que les données théoriques indiquent qu'il se produira de faibles teneurs en NOx, moins de 1,0 ppm en volume à 3% d'O2, dans le premier étage de l'appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse à deux étages 30 selon cette invention et moins de 10 ppm en volume de NOx après combustion complète dans le second étage. En conséquence, les teneurs en CO et en hydrocarbures non brûlés totaux sont de moins de 20 et moins de 5 ppm en volume, respectivement. En outre, on a démontré des flux dans les tubes d'échangeur de chaleur dépassant 338,76 W/m2 (90 000 Btu/h.ft2). Bien que la combustion par étages avec séparation de chaleur pour la réduction de NOX dans les procédés industriels soit connue, l'appareil et le procédé de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse à deux étages pour la combustion d'un combustible selon cette invention sont uniques en ce que des surfaces spécifiques de transfert de chaleur élevées sont produites par des particules céramiques à haute température 36 constituant le lit poreux stationnaire 35 à la fois dans la zone de combustion primaire 41 et la zone de combustion secondaire 43.Ceci augmente à son tour les vitesses d'élimination de chaleur au moyen d'un transfert de chaleur rayonnante accru qui, dans la zone de combustion primaire 41, réduit les températures de flamme globales, ce qui réduit la formation de NOX thermique dans celle-ci et, dans la zone de combustion secondaire 43, réduit encore la température de flamme globale, ce qui réduit encore la formation de NOX thermique.En outre, les flux thermiques des tubes de fluide associés avec les tubes inférieurs 37 de l'échangeur de chaleur refroidis par un fluide et les tubes supérieurs 45 de l'échangeur de chaleur refroidis par un fluide dans la zone de combustion primaire et la zone de combustion secondaire 43, respectivement, sont accrus par augmentation du transfert de chaleur par convection et par rayonnement, permettant ainsi la réduction de dimension des tubes nécessaires et entraînant une amélioration de l'efficacité thermique globale. En outre, l'écoulement turbulent produit par les particules céramiques à haute température 36 dans les deux zones de combustion primaire 41 et secondaire 43, en plus d'augmenter les vitesses d'évacuation de chaleur et d'augmenter les flux thermiques des tubes de fluide par le transfert de chaleur par convection accru, améliore aussi l'intensité de combustion, concentrant ainsi la libération de chaleur du processus de combustion dans les deux zones de combustion primaire 41 et secondaire 43.L'écoulement turbulent produit par les particules céramiques à haute température 36 dans le lit poreux stationnaire 35 conduit en outre à une combustion homogène qui réduit les températures de flamme maximales et la formation de poches à concentrations élevées en Q, réduisant ainsi la formation de NO, thermique dans les deux zones de combustion primaire 41 et secondaire 43. L'écoulement turbulent produit une conversion efficace des mélanges sub stoechiométriques d'oxydant et de combustible dans la zone de combustion primaire 41 en des compositions à teneurs élevées en hydrogène et CO, c'est-àdire des produits de combustion incomplète, avec de très faibles concentrations en hydrocarbures, réduisant ainsi la formation de NOx instantané. L'écoulement turbulent produit aussi un mélange complet et homogène des produits de combustion incomplète venant de la zone de combustion primaire 41 avec l'oxydant secondaire dans la zone de combustion secondaire 43 à des taux presque stoechiométriques, réduisant ainsi également les températures de flamme maximales réduites et la production de poches à concentrations élevées en 2 qui toutes deux réduisent la formation de NOx thermique. Selon un mode de mise en oeuvre de l'appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse à deux étages selon l'invention, les particules céramiques à haute température 36 constituant le lit poreux stationnaire 35 sont revêtues avec un catalyseur de combustion. Selon un autre mode de mise en oeuvre de cette invention, les tubes inférieurs 37 de l'échangeur de chaleur refroidis par un fluide et/ou les tubes supérieurs 45 de l'échangeur de chaleur refroidis par un fluide sont revêtus avec un catalyseur de combustion.Le revêtement des particules céramiques à haute température 36 et/ou des tubes échangeurs de chaleur 37, 45 refroidis par un fluide permet le fonctionnement de l'appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse à deux étages à des rapports stoechiométriques de moins de 0,5 dans la zone de combustion primaire 41, réduisant encore la formation de NOX dans le premier étage, et réduit la formation d'hydrocarbures non brûlés totaux dans la zone de combustion primaire 41, réduisant ainsi la formation de NOX dans la zone de combustion secondaire 43. Selon un autre mode de mise en oeuvre encore de cette invention, un diluant, tel que des gaz de combustion recyclés, de l'azote et/ou de la vapeur d'eau, est injecté dans la zone de combustion primaire 41 et/ou des gaz de combustion recyclés, de l'air en excès, de l'azote et/ou de la vapeur d'eau sont injectés dans la zone de combustion secondaire 43 pour réduire encore les températures de flamme maximales dans ces zones. Le diluant peut être injecté par mélange avec le mélange combustible/oxydant primaire et/ou avec l'oxydant secondaire. Bien que la présente invention ait été décrite en relation avec certains de ses modes de mise en oeuvre préférés, il est évident pour les spécialistes que l'on peut envisager des modes de mise en oeuvre supplémentaires et faire varier certains détails sans toutefois s'écarter du cadre et de l'esprit de l'invention.. REVENDICATtONS 1. Appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse (30), caractérisé en ce qu'il comprend: au moins une paroi de chambre de combustion (38) formant une chambre de combustion, ladite chambre de combustion ayant une extrémité d'entrée (31) et une extrémité de sortie (32); un distributeur d'écoulement (33) voisin de ladite extrémité d'entrée (31) de ladite chambre de combustion; un lit poreux stationnaire (35) disposé entre ledit distributeur d'écoulement 33 et ladite extrémité de sortie (32); des moyens d'échange de chaleur (37, 44,45) noyés dans ledit lit poreux stationnaire (35); des moyens d'alimentation en mélange combustible/oxydant pour introduire un mélange combustible/oxydant primaire dans ledit lit poreux stationnaire (35); et des moyens d'alimentation pour introduire un oxydant secondaire dans ledit lit poreux stationnaire (35). 2. Appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit distributeur d'écoulement (33) est refroidi. 3. Appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit lit poreux stationnaire (35) comprend plusieurs particules céramiques à haute température (36). 4. Appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit distributeur d'écoulement (33) comprend un élément de paroi ayant plusieurs ouvertures (46) à travers lesquelles ledit mélange dudit combustible et dudit oxydant primaire s 'écoule dans ledit lit poreux stationnaire (35). 5. Appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour introduire l'oxydant secondaire comprennent au moins un tube d'injection d'oxydant secondaire (44) disposé dans ledit lit poreux stationnaire (35) en aval desdits moyens de mélange combustible/oxydant. 6. Appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur du lit poreux comprend au moins un tube (37) d'échangeur de chaleur refroidi par un fluide disposé dans ledit lit poreux stationnaire (35). 7. Appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diamètre extérieur dudit ou desdits tubes (37) d'échangeurs de chaleur refroidis par un fluide est dans l'intervalle d'environ 1,27 à environ 7,62 cm. 8. Appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit ou lesdits tubes (37) d'échangeurs de chaleur refroidis par un fluide sont disposés à au moins environ 2,54 à environ 10,16 cm dudit distributeur d'écoulement (33). 9. Appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites particules céramiques à haute température (36) ont un diamètre moyen dans l'intervalle d'environ 2,54 mm à environ 7,62 cm. 10. Appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites particules céramiques à haute température sont choisies parmi l'alumine, le carbure de silicium, la silice, la zircone et leurs mélanges. 11. Appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites particules céramiques à haute température (36) sont revêtues avec un catalyseur de combustion. 12. Appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une surface extérieure dudit ou desdits tubes (37) d'échangeurs de chaleur refroidis par un fluide est revêtue avecun catalyseur de combustion. 13. Appareil de chauffage de fluide à brûleur de surface et à matrice poreuse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour introduire un diluant dans ledit lit poreux stationnaire (35). 14. Procédé pour la combustion d'un combustible gazeux, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on introduit un mélange combustible/oxydant riche en combustible dans une extrémité d'entrée d'une chambre de combustion ayant un lit poreux stationnaire (35); on brûle ledit mélange combustible/oxydant riche en combustible dans ledit lit poreux stationnaire (35), en formant une zone de combustion primaire (41) dans ledit lit poreux stationnaire (35); on introduit un oxydant secondaire dans ledit lit poreux stationnaire (35) en aval de ladite zone de combustion primaire (41), en formant une zone de combustion secondaire (43); et on élimine la chaleur résultant de ladite combustion de ladite chambre de combustion. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit combustible est du gaz naturel. 16. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit mélange combustible/oxydant a un rapport stoechiométnque dans l'intervalle d'environ 0,5 à environ 1,0. 17. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit oxydant est choisi parmi l'air, l'oxygène et l'air enrichi en oxygène. 18. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que la quantité dudit oxydant secondaire introduite dans ledit lit poreux stationnaire (35) est au moins suffisante pour terminer la combustion des produits de combustion incomplète venant de ladite zone de combustion primaire (41). 19. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'un diluant est introduit dans l'une au moins desdites zones de combustion primaire (41) et secondaire (43). 20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que ledit diluant est choisi parmi les gaz de combustion recyclés, l'air en excès, l'azote, la vapeur d'eau et leurs mélanges.