Brevet FR2783595A1 — publié le 20000324

L'invention est relative à un procédé de chauffage d'un four comprenant au moins un brûleur susceptible de fonctionner avec des comburants différents dont la teneur en oxygène est comprise entre environ 21% et pratiquement 100% en moles. La majorité des fours industriels comme des fours de fusion ou des fours de recuit sont équipés de brûleurs fonctionnant avec de l'air comme comburant. Depuis peu, on connaît aussi ( EP 192 682 et EP 432 153) des brûleurs adaptés pour fonctionner avec des comburants différents dont la lo teneur en oxygène est comprise entre environ 21% et pratiquement 100% en moles. De tels brûleurs permettent de disposer d'un équipement stan- dard adapté à diverses utilisations. Dans chaque application de ces brûleurs, on choisit un combu- rant déterminé par exemple constitué d'air enrichi d'oxygène, la teneur en oxygène du comburant étant maintenue constante en fonctionnement. L'invention vise à proposer un procédé de chauffage optimisé et économique pour l'ensemble des applications des brûleurs en question. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de chauffage d'un four comprenant au moins un brûleur susceptible de fonctionner avec des comburants différents dont la teneur en oxygène est comprise entre environ 21% et pratiquement 100% en moles, caractérisé en ce que pen- dant au moins une première période (P1) nécessitant un apport énergétique de chauffage élevé, on alimente ledit au moins un brûleur avec de l'oxygène pratiquement pur comme comburant, et qu'ensuite, au cours d'au moins une seconde période (P2,P3) nécessitant un apport énergétique de chauffage plus faible, on alimente ledit au moins un brûleur avec de l'air comme comburant. Le procédé selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - ladite seconde période nécessitant un apport énergétique de chauffage plus faible correspond à une période de maintien à température du four, - ladite première période nécessitant un apport énergétique de chauffage élevé correspond à une période de fusion, - pour un four à chargement continu, ladite première période (P1) nécessitant un apport énergétique de chauffage élevé correspond à la montée en température du produit, - on règle les débits de combustible et de l'air à un niveau tel que la puissance de chauffage dudit au moins un brûleur est à peu près 50 à 60% de la puissance nominale du brûleur pendant la première période nécessitant un apport énergétique de chauffage élevé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti- ront de la description suivante, donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: La figure 1 montre une vue en coupe d'un brûleur fonctionnant avec des comburants différents dont la teneur en oxygène est comprise entre environ 21% et pratiquement 100% en moles, et La figure 2 montre un graphique illustrant un cycle de conduite pour chauffer un four de fusion selon le procédé de l'invention. La figure 1 représente un brûleur 1 fonctionnant avec des comburants différents dont la teneur en oxygène est comprise entre environ 21% et pratiquement 100% en moles et destiné à être installé dans un four, notamment un four à verre, un four rotatif de fusion de fonte ou un four de recuit. Ce brûleur 1 comprend trois conduits 3, 5 et 7 d'amenée de gaz dans un ouvreau 9 qui débouche dans une zone de combustion 10 d'un four non représenté. Ces trois conduits 3, 5 et 7 sont disposés concentriquement autour d'un axe X-X du brûleur 1. Le conduit 3 est relié par son extrémité 11 d'entrée de gaz à un organe 13 de régulation de débit d'un combustible tel que par exemple le gaz naturel. Le conduit annulaire intermédiaire 5 comprend une extrémité d'entrée 15 reliée à un organe 17 de régulation de débit d'oxygène pratique- ment pur, c'est-à-dire d'un comburant dont la teneur en oxygène excède % en moles environ. Le conduit annulaire périphérique 7 comporte une entrée 19 d'air. Ce conduit 7 est alimenté par un organe 21 de régulation de débit d'air. En outre, les organes 17 et 21 de régulation sont raccordés à une unité 22 de commande permettant d'alterner entre un fonctionnement avec de l'air comme comburant et un fonctionnement avec de l'oxygène pratiquement pur comme comburant. Par ailleurs, I'extrémité avant du brûleur 1 est introduite dans un passage cylindrique 23 d'un bloc 25 en matériau réfractaire. Le passage 23 du bloc 25 débouche dans un passage évasé, constituant l'ouvreau 9, qui s'ouvre en direction de la zone 10 de combustion. Comme on le voit sur la figure 1, les extrémités de sortie du brûleur sont formées d'une part par le passage 23 réalisé dans le bloc 25, et d'autre part par deux tubes, un tube central 29 et un tube intermédiaire 31, réalisés par exemple en acier réfractaire afin de résister à la chaleur dévelop- pée par le processus de combustion. On décrira ci-après en détail le procédé selon l'invention en regard de la figure 2, qui représente un graphique illustrant un cycle de conduite d'un four de fusion équipé d'un ou de plusieurs brûleurs comme celui décrit ci-dessus. Ce graphique présente en abscisses le temps t et en ordonnées la teneur en oxygène du comburant en moles. De plus, on y a représenté différentes périodes P1, P2, et P3 correspondant respectivement à différentes étapes de fonctionnement du four. Ainsi, la période P1 correspond à une étape de fusion, période nécessitant un apport énergétique de chauffage élevé. Les périodes P2 et P3 correspondent respectivement à une période de coulée et à une période de veille. Pendant une période de veille comme par exemple la nuit ou le week-end, la production de fonte est arrêtée. Les deux périodes P2 et P3 ont en commun qu'elles ne néces- sitent qu'un apport énergétique de chauffage faible pour maintenir le four à température. Le procédé de l'invention consiste à alimenter le ou les brûleurs du four pendant la période P1 nécessitant un apport énergétique de chauf- fage élevé, avec de l'oxygène pratiquement pur comme comburant. Ensuite, pour les périodes P2 et P3 nécessitant un apport énergétique de chauffage plus faible, on alimente le ou les brûleurs avec de 2 o l'air comme comburant. Ainsi, I'oxygène qui est plus onéreux que l'air comme comburant n'est utilisé qu'à des moments utiles, c'est-à-dire à des moments o la puissance à fournir au four doit être élevée. Avantageusement, pendant les périodes P2 et P3, lors des- quelles le brûleur 1 fonctionne avec de l'air comme comburant, on règle les débits de combustible et de l'air à un niveau tel que la puissance de chauf- fage du brûleur 1 soit au maximum 50 à 60 % de la puissance nominale du brûleur pendant la première période en fonctionnement avec de l'oxygène pratiquement pur comme comburant. On comprend donc que ce procédé permet d'optimiser l'utilisa- tion de l'oxygène dans le cadre des fours pendant la fusion et de réduire les frais d'oxygène au cours de la production ou du traitement. Bien entendu, ce procédé s'applique non seulement aux fours de fusion de verre, mais aussi à des fours de rotatif de fusion de fonte, à des fours de recuit ou analogues. Pour un four à chargement continu, la zone nécessitant un apport énergétique de chauffage élevé correspond à celle o a lieu la montée en température du produit. De tels fours sont par exemple des fours i.o de recuit, de réchauffage de forge, ou encore des fours de fusion de verre. REVENDICATIONS 1. Procédé de chauffage d'un four comprenant au moins un brûleur susceptible de fonctionner avec des comburants différents dont la teneur en oxygène est comprise entre environ 21% et pratiquement 100% en moles, caractérisé en ce que pendant au moins une première période (P1) nécessitant un apport énergétique de chauffage élevé, on alimente ledit au moins un brûleur avec de l'oxygène pratiquement pur comme comburant, et qu'ensuite, au cours d'au moins une seconde période (P2,P3) nécessitant 1o un apport énergétique de chauffage plus faible, on alimente ledit au moins un brûleur avec de l'air comme comburant. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite seconde période (P2, P3) nécessitant un apport énergétique de chauffage plus faible correspond à une période de maintien à température du four. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 pour un four de fusion, caractérisé en ce que ladite première période (P1) nécessitant un apport énergétique de chauffage élevé correspond à une période de fusion. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2 pour un four à chargement continu, caractérisé en ce que ladite première période (P1) nécessitant un apport énergétique de chauffage élevé correspond à la montée en température du produit. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour ladite au moins une seconde période (P2, P3), on règle les débits de combustible et de l'air à un niveau tel que la puis- sance de chauffage dudit au moins un brûleur (1) est à peu près 50 à 60% de la puissance nominale du brûleur (1) pendant la première période nécessitant un apport énergétique de chauffage élevé.