Brevet FR2750977A1 — publié le 19980116

L'invention porte sur les fours de verrerie, notamment les fours l'float", et elle concerne plus précisément un procédé et un dispositif visant à réduire ltémission de NOx dans les gaz d'échappement en sortie de four. Il est une préoccupation des fabricants de fours de verrerie, de limiter le plus possible les émissions de NO dans les fumées de combustion, et cela en raison du fait notamment que les normes sont de plus en plus exigeantes à ce sujet. Ainsi conviendrait-il de limiter ces émissions à 500mg/m3 de NOX, ce que les procédés connus ne permettent pas d'obtenir, ou le permettent mais au détriment de leur rentabilité. On connaît les facteurs qui influent sur la formation des NOx. Ce sont essentiellement la température car leur émission croît exponentiellement au dessus de 13000C, ou l'excès d'air puisque les NOx dépendent de la racine carrée de la concentration en oxygène, ou encore la concentration en N2. Une méthode connue consiste à faire intervenir un agent réducteur sur les gaz émis pour que les NOx soient convertis en azote. Cet agent peut être de l'ammoniac mais on sait les inconvénients qu'il y a à stocker et manipuler un tel produit. On peut aussi utiliser un gaz naturel comme agent réducteur, mais au détriment de la consommation du four. Il s 'avère donc préférable de s'affranchir de ces méthodes, et on a déjà pensé à adopter des mesures dites primaires, par exemple en empêchant la formation de NOx au niveau de la flamme elle-même et cela par la réduction de l'excès d'air de combustion. Pour cela on a cherché à limiter l'air chaud qui passe dans le régénérateur et à supprimer ou diminuer les entrées d'air froid induit autour des injecteurs dans le four non étanche. On peut ainsi diminuer:;-l'air primaire de pulvérisation en augmentant la pression de pulvérisation de combustible. A cette fin, il est nécessaire de prévoir un contrôle continu de l'excès d'oxygène dans les chambres de régénération, et de disposer d'injecteurs appropriés de combustible. Les résultats obtenus restent cependant insuffisants et ne permettent pas d'atteindre aisément le pourcentage indiqué plus haut. Une autre mesure primaire consiste à s'attaquer à la température. Ainsi on peut chercher à modifier la répartition du combustible pour réduire le niveau thermique maximum du four, ou installer des injecteurs appropriés pour diminuer l'impulsion du combustible jusqu'à la limite d'apparition d'imbrûlés dans le conduit de sortie. On peut aussi utiliser un autre agent de pulvérisation que l'air, par exemple de la vapeur, lorsqu'elle est disponible. Ces mesures primaires ne permettant pas d'atteindre les objectifs fixés, la Demanderesse a imaginé un procédé et un dispositif grâce auxquels on combine les effets résultants obtenus par chacune des méthodes primaires connues, c'est à dire qu'on réussit tout d'abord à limiter les pics de température en maintenant la longueur de flamme, et à augmenter le volume du front de flammes pour réduire les températures. En outre on assure un étagement de la combustion par le combustible et par le comburant. Avantageusement, enfin, on agit dans le sens dlune utilisation d'une flamme à 100% d'oxygène au niveau le plus chaud du four. Un objet de la présente invention consiste donc en un procédé de combustion pour la fusion du verre, dans lequel l'alimentation en combustible et l'alimentation en comburant s'effectuent toutes deux de manière à étaler dans le temps le contact combustible/comburant et à augmenter le volume de ce contact en vue notamment de limiter les pics de température et de réduire l'émission de NOx. Un autre objet principal de la présente invention consiste en un dispositif pour la réduction de l'émission de NOx dans un four de verrerie, dont la chambre de combustion est alimentée en combustible et en comburant par le côté du four, dispositif selon lequel ledit four est équipé d'au moins un brûleur pourvu d'une première série d'injecteurs de combustible disposés sous la veine d'air comburant provenant d'une ouverture latérale ainsi que d'au moins un injecteur de gaz disposé dans l'ouverture ou à proximité de l'ouverture d'admission d'air, au moins une lance d'injection d'oxygène étant prévue sous le flux de gaz combustible, juste au dessus du bain de verre. Selon une réalisation de l'invention, le brûleur est pourvu d'au moins un et de préférence d'au moins deux injecteurs latéraux placés dans une ou des joues latérales de l'ouverture d'admission d'air, au milieu de la veine d'air. Le ou les injecteur(s) est (sont) orienté(s) de façon convergente vers l'axe de la première série d'injecteurs. En variante, il(s) est (sont) placé(s) sur la partie verticale d'un décrochement du conduit de brûleur, à l'abri de la veine d'air. Selon une autre caractéristique de 1 T invention le ou les injecteurs latéraux situés sur le décrochement vertical du conduit de brûleur sont constitués de buses qui peuvent servir à injecter un gaz tampon. On peut aussi, sur le même décrochement prévoir des buses d'injection de gaz tampon, à proximité d'injecteurs latéraux de combustible de manière à pouvoir combiner l'injection de gaz tampon et de combustible. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'exemples non limitatifs de réalisation dans lesquels il sera fait référence aux dessins annexés qui représentent : Figure 1 une vue schématique partielle en coupe verticale, d'un four de verrerie équipé de ses deux séries d'injecteurs et des lances d'injection d'oxygène. Figure 2 une vue partielle en coupe horizontale montrant une forme de montage des injecteurs latéraux. Figure 3 une variante de réalisation du four de la figure 1. Figures 4 et 5, des vues partielles de variantes de réalisation du décrochement vertical du conduit de brûleur. La figure 1 représente schématiquement un four de verrerie 1 avec une chambre intérieure de combustion 2 au dessus du bain de verre 3, la chambre étant alimentée en combustible et comburant par le côté du four. L'air insufflé par l'ouverture latérale 4 crée, à l'intérieur du four, une veine d'air matérialisée par les pointillés 5. Le four est équipé d'au moins un brûleur équipé de deux séries d'injecteurs, c'est à dire des injecteurs de gaz ou fuel 6 disposés sous la veine d'air et des injecteurs latéraux de gaz 7, disposés dans les joues de l'ouverture d'admission d'air 4 et donc au milieu de la veine d'air et ils sont orientés de façon convergente vers l'axe 8 des premiers injecteurs 6, comme on le voit plus clairement sur la figure 2. Au dessous des injecteurs 6 sont disposées des lances 9 qui injectent de l'oxygène sous le flux de gaz combustible, l'oxygène se trouvant injecté juste au dessus du bain de verre 3. Les injecteurs 7 émettent, par les joues du brûleur, une petite partie du combustible, de l'ordre de 5 à 30% du débit total. La flamme primaire se développe donc dans le four avec un fort excès d'air provenant de l'ouverture 4. Mais sa température est suffisamment basse pour minimiser les NOx. Les fumées de cette flamme primaire se mélangent à l'air résiduel avant d'atteindre le jet de combustible provenant des injecteurs 6 disposés sous la veine d'air 5. La flamme secondaire émise se développe dans un mélange d'air et de fumées qui réduit également les NOx. De plus, le débit d'air comburant arrivant par les conduits du brûleur est plus faible que le débit théorique nécessaire, aussi la flamme secondaire est elle déficiente en air et donc localement pauvre en oxygène et par conséquent en NOx. Le rôle des lances 9 qui injectent de l'oxygène au dessus de la surface du bain de verre et à une vitesse proche de celle du combustible, en relation avec l'angle de convergence du combustible émis par les injecteurs 7, est de déplacer plus ou moins loin dans le four la zone du mélange oxygène combustible, ce qui permet de diminuer la température à la racine de la flamme, et va dans le sens de la diminution des NOx. En outre les lances 9 permettent d'assurer près du bain de verre 3, une atmosphère oxydante, particulièrement nécessaire pour les verres oxydés de haute qualité en évitant l'influence d'une atmosphère trop réductrice sur la teinte et l'affinage du verre. Le débit total d'oxygène amené par la veine d'air 5 et les lances 9 est réglé pour être voisin, ou même inférieur au minimum requis, pour une combustion stoechiométrique. Dans la variante de réalisation de combustion étagée illustrée à la figure 3, les injecteurs latéraux 7 sont placés sur la partie verticale d'un décrochement 10 du conduit de brûleur et par conséquent "à l'abri" de la veine d'air 5. Les injecteurs latéraux 7 peuvent être placés dans la partie frontale du décrochement 10 comme représenté ou en variante (non représentée) sur les parties latérales dudit décrochement. La combustion est alors retardée et la température à la racine de la flamme est diminuée. Comme dans le cas précédent les injecteurs peuvent être en position convergente vers l'axe du four. La figure 4 présente la même configuration que la figure 3 mais sur la partie verticale du décrochement 10 se trouvent, à la place des injecteurs de gaz 7, des buses d'injection 11 d'un gaz tampon, tel que le CO2, dont le rôle est de retarder le mélange air-combustible et donc de favoriser un abaissement de la température aux racines de flamme. On voit à la figure 5 encore une autre configuration dans laquelle sont combinées la combustion étagée et l'injection de gaz tampon. Ainsi sur la partie verticale du décrochement 10 se trouvent les buses 11 d'injection de gaz tampon et au dessous, les injecteurs 7 de gaz combustible. L'injection de gaz tampon par les buses 11 se fait à une vitesse voisine de celle du combustible si les injecteurs de combustible sont orientés parallèlement aux buses de gaz tampon. Selon une variante non représentée, ce gaz tampon pourrait être injecté par un tube annulaire directement autour de chaque injecteur de combustible. Dans tous les cas représentés, l'injection d'oxygène par les lances 9 permet de réduire l'inclinaison vers le haut des injecteurs de combustible, sans avoir à craindre une atmosphère réductrice près des racines de flamme. Le four précédemment décrit pour un dispositif de combustion étagée permet donc de combiner plusieurs mesures primaires qui réduisent le NOx émis dans les meilleures conditions et sans crainte d'une combustion réductrice préjudiciable à la teinte du verre. Le procédé et le dispositif selon l'invention sont particulièrement adaptés à la fabrication de verre de haute qualité, notamment du verre plat par flottage. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la réduction de l'émission de NOx dans un four de verrerie, dont la chambre de combustion est alimentée en combustible et en comburant par le côté du four caractérisé en ce que ledit four (1) est équipé d'au moins un brûleur pourvu d'une première série d'injecteurs (6) de combustible disposés sous la veine d'air comburant (5) provenant d'une ouverture latérale (4), ainsi que d'au moins un injecteur (7) de gaz disposé dans l'ouverture ou à proximité de l'ouverture d'admission d'air et en ce qu'au moins une lance d'injection d'oxygène (9) est prévue sous le flux de gaz combustible, juste au dessus du bain de verre (3). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le débit de combustible émis par les injecteurs latéraux (7) est de l'ordre de 5 à 30% du débit total de combustible. 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le ou les injecteurs latéraux (7) sont placés dans des joues latérales de l'ouverture d'admission d'air (4), et sont orientés de façon convergente vers l'axe (8) de la première série d'injecteurs. 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les injecteurs latéraux (7) sont placés sur la partie verticale d'un décrochement (10) du conduit de brûleur à l'abri de la veine d'air (5). 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que les injecteurs latéraux situés sur le décrochement (10) du conduit de brûleur sont constitués de buses d'injection (11) de gaz tampon. 6. Dispositif selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que des buses d'injection (11) de gaz tampon sont prévues sur la partie verticale du décrochement (10) du conduit de brûleur à proximité des injecteurs latéraux de combustible. 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que un tube annulaire placé autour de chaque injecteur latéral (7) de combustible émet un gaz tampon. 8. Procédé de combustion pour la fusion du verre, caractérisé en ce qu'on alimente le four en combustible en injectant ce combustible en au moins deux emplacements et on alimente en comburant en injectant de l'air et de l'oxygène en au moins deux emplacements, de manière à étaler dans le temps le contact combustible/comburant et à augmenter le volume de ce contact en vue notamment de limiter les pics de température et de réduire l'émission de NOx.