Brevet FR2777073A1 — publié le 19991008

l La présente invention concerne un procédé de ré- duction de la quantité d'oxydes d'azote produite dans un four thermique, notamment un four à haute température et à ré- chauffage d'air de combustion, du type régénératif, tel qu'un four à verre comportant une enceinte dans laquelle de l'air comburant secondaire préchauffé dans des organes de préchauf- fage est introduit par un conduit de brûleur de façon à per- mettre à un ou plusieurs injecteurs de combustible de générer une flamme au-dessus d'une charge à chauffer. Il est bien connu que les oxydes d'azote NOX constituent une importante source de pollution atmosphérique. Or, de nombreuses industries engendrent des re- jets plus ou moins importants de ces oxydes. Compte tenu de leur importance et de leur caractère nocif, de nombreux cher- cheurs ont tenté de mettre au point des procédés de traite- ment de ces rejets riches en oxyde d'azote. Dans le cas particulier des fours thermiques, la majeure partie des oxydes d'azote présents dans les fumées est générée au niveau de la face supérieure de la flamme dé- nommée extrados sous l'action de la réverbération de la su- perstructure (voûte) du four. Pour diminuer la quantité d'oxydes NOx ainsi gé- nérée, on a déjà proposé de diminuer le rapport air/combusti- ble de façon à produire une combustion sous-stoechiométrique, soit localement dans la zone critique correspondant à l'extrados de la flamme en détournant une partie de l'air comburant en aval de cette zone, soit globalement dans l'enceinte du four en produisant une combustion incomplète. On a également déjà proposé des procédés de re- circulation des fumées dans l'air de combustion qui abaissent le taux d'oxygénation de la combustion dans la zone critique susmentionnée de façon à réduire la production de NOx. Ces procédés connus présentent toutefois l'inconvénient d'être relativement coûteux, soit suite à la diminution du rendement de combustion dans le cas de combus- tions sous-stoechiométriques, soit par suite des investisse- ments nécessaires en équipement de répartition de l'air comburant ou de recirculation des fumées. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé du type susmention- né permettant d'obtenir une importante réduction de la quan- tité d'oxydes d'azote présente dans les fumées produites, ce de façon peu onéreuse. Selon l'invention, ce procédé est caractérisé en ce que l'on introduit un combustible auxiliaire dans l'air comburant en amont du conduit de brûleur par un ou plusieurs injecteurs auxiliaires de façon à obtenir une précombustion à très fort excès d'air localement. Cette précombustion est peu productrice d'oxyde d'azote par suite de la présence d'un excès d'air localement important; les fumées produites par celle-ci sont mélangées à l'air de combustion introduit dans l'enceinte du four par le conduit du brûleur dans la zone critique située au niveau de l'extrados de la flamme. Cette amenée d'un mélange de fumées dans l'air de combustion diminue la température maximale de rayonnement thermique de la superstructure (voûte) du four tout en y in- troduisant une énergie thermique de convection essentielle- ment proportionnelle au débit de combustible auxiliaire de précombustion. Il en résulte une réduction de la quantité d'oxydes d'azote dans le four parallèlement à une préserva- tion voire à une augmentation du coefficient de transfert thermique à la charge à chauffer et en conséquence de la ca- pacité de production du four. Le positionnement et l'orientation des injecteurs auxiliaires doivent, bien entendu, être dans chaque cas par- ticulier adaptés de manière optimale en fonction de la géomé- trie du four. En règle générale et selon une autre caractéris- tique de l'invention, on introduit le combustible auxiliaire dans l'espace compris entre les organes de préchauffage de l'air et le conduit de brûleur. Il est toutefois possible de mettre en place les injecteurs auxiliaires à n'importe quel endroit du circuit d'alimentation en air préchauffé, notamment pour réchauffer des empilages de régénération thermique en vue de les libérer de dépôts de matières condensables des fumées de four. Les injections de combustible auxiliaire sont, en règle générale, effectuées en auto-allumage dans des zones o la température de l'air comburant préchauffé est suffisante pour l'autocombustion de ce combustible. On peut, cependant, également mettre en oeuvre des injecteurs auxiliaires à allu- mage commandé dans des zones o l'air n'a pas la température requise pour l'autocombustion. Il est à noter que la réduction des oxydes d'azote croît avec la proportion de combustible auxiliaire par rapport à la quantité totale de combustible (combustible principal et combustible auxiliaire) introduite dans le sys- tème jusqu'à un optimum dépendant de chaque système en ex- ploitation. Les caractéristiques du procédé, qui fait l'objet de l'invention, seront décrites plus en détail en se référant à la figure annexée qui représente, schématiquement, une ins- tallation permettant la mise en oeuvre de ce procédé. Selon la figure, cette installation est schémati- quement constituée par une enceinte de four 1 renfermant une charge 2 à chauffer et reliée à un conduit de brûleur 3 dans lequel débouche un dispositif d'alimentation 4 en air combu- rant secondaire selon les flèches a. Dans l'exemple représenté sur la figure, le dis- positif d'alimentation 4 est équipé de deux organes de pré- chauffage 5, 5' de l'air introduit dans le conduit de brûleur 3. Selon la figure, celui-ci est également équipé d'injecteurs de combustible 7 qui génèrent une flamme 8 au- dessus de la charge 5 à chauffer. Cette combustion entraîne la production d'une quantité importante d'oxydes d'azote NOx dans les zones 9 voisines de l'extrados de la flamme 8 par suite de la réver- bération de la voûte 10 du four 1. Pour diminuer la quantité d'oxydes d'azote ainsi générée, on introduit dans l'espace 11, situé entre l'organe de préchauffage aval 5 et le conduit de brûleur 3, un combus- tible auxiliaire par des injecteurs auxiliaires 12 de façon à générer, à ce niveau, une flamme auxiliaire de précombustion 13. Il est à noter que cette introduction pourrait également être effectuée selon les flèches b par des injec- teurs situés dans l'espace 14 séparant les deux organes de préchauffage 5, 5'. R E V E ND I C A T I ON S 1 ) Procédé de réduction de la quantité d'oxydes d'azote pro- duite dans un four thermique (1), notamment un four à haute température et à réchauffage d'air de combustion du type ré- génératif tel qu'un four à verre, comportant une enceinte dans laquelle de l'air comburant secondaire préchauffé dans des organes de préchauffage (5, 5') est introduit par un con- duit de brûleur (3) de façon à permettre à un ou plusieurs injecteurs de combustible (7) de générer une flamme (8) au- dessus d'une charge (2) à chauffer, caractérisé en ce que l'on introduit un combustible auxiliaire dans l'air comburant en amont du conduit de brûleur (3) par un ou plusieurs injec- teurs auxiliaires (12) de façon à obtenir une précombustion à très fort excès d'air localement. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit le combustible auxiliaire dans l'espace (11) compris entre les organes de préchauffage (5, 5') de l'air et le conduit de brûleur (3). 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit le combustible auxiliaire dans l'espace (14) compris entre les organes de préchauffage (5, 5').