EP2507551B1 - Procede de correction des reglages de combustion d'un ensemble de chambres de combustionde tubes radiants et installation mettant en oeuvre le procede - Google Patents

Procede de correction des reglages de combustion d'un ensemble de chambres de combustionde tubes radiants et installation mettant en oeuvre le procede Download PDF

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EP2507551B1
EP2507551B1 EP10790878.2A EP10790878A EP2507551B1 EP 2507551 B1 EP2507551 B1 EP 2507551B1 EP 10790878 A EP10790878 A EP 10790878A EP 2507551 B1 EP2507551 B1 EP 2507551B1
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tubes
fuel
concentration
chambers
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Fives Stein SA
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    • F23N2237/00—Controlling
    • F23N2237/02—Controlling two or more burners

Definitions

  • the present invention relates to a method for adjusting the supply devices of a set of combustion combustion chambers fed with an oxidant and a fuel whose properties are variable.
  • the present invention also relates to an installation for implementing such a method. It makes it possible to take into account the possible fluctuations of these properties so as to maintain the desired combustion quality.
  • Many industrial heating equipment consists of a set of separate combustion chambers fed by a common oxidizer and fuel supply device. For example, in the iron and steel industry, this is the case of furnaces for continuous lines for treating metal strips, equipped with radiant tubes. In many cases, the oxidants or fuels used have variable properties over time.
  • FR2712961 A particular process is proposed by FR2712961 . According to this method, a burner is adjusted by taking a given flow rate of fuel. burns this fuel in a dedicated chamber with a flow of air such that it leads to combustion in excess of air, and is measured in the flue gas complete fuel a magnitude reflecting the stoichiometric difference. This quantity is then used to determine the representative value of the combustion air flow rate regulator of the burner.
  • This comburimeter device consists of a combustion tunnel, a burner and appropriate measuring means.
  • This system has the disadvantage of implementing a specially constructed mini oven in which one burns an air / fuel mixture to proportions set to have an excess of air.
  • This mini oven consumes fuel and must operate in excess of air.
  • Combustion is carried out in this mini-oven on an operating point which may be remote from that of the installation to be regulated, for example as regards the power of the burner, the air / gas ratio, the temperature of the oven, and the containment of the flame.
  • the exploitation of the results thus requires the use of mathematical correction formulas.
  • This system also has the disadvantage of being dedicated exclusively to taking into account variations in fuel properties.
  • the object of the invention is, above all, to improve the control of the combustion of a set of combustion chambers participating in a manufacturing process; in particular, the invention aims to improve the adjustment of a set of radiant tubes of a line of continuous treatment of metal strips.
  • combustion chambers are of the same nature. The power of each of them can be variable but the technologies implemented are similar. The differences between these combustion chambers have no influence on the combustion parameters that we want to control.
  • one of these tubes is used in the furnace laboratory as a reference tube. It participates in heating the band as all other tubes.
  • This radiant tube is of a construction similar to that of the others tubes and is solicited in a manner representative of the operation of the other tubes which participate in the heating.
  • the combustion products at the outlet of the radiant tube cooled by participating in the furnace heating process.
  • a measuring apparatus is installed which provides information on the state of the combustion products after the tube. It is usually a gas analyzer allowing in particular to know for example the excess air and / or unburnt.
  • control parameters of all the enclosures are adjusted so as to obtain the excess air and / or the rate of unburnt targeted.
  • the concentration of nitrogen oxides can be regulated by adjusting the composition of the oxidant and / or the fuel, in particular by dilution with products of combustion.
  • the thermal chambers consist of radiant tubes fed with proportions of gas different from those of the reference tube.
  • the thermal chambers consist of radiant tubes, and a reference tube can be fed in a common manner with the other tubes, the regulating members being placed on common supply circuits to all the tubes.
  • the radiant tubes are supplied in a manner distinct from the reference tube and have regulating means different from those of the reference tube, on different supply circuits, the regulating members of the tubes being controlled so that these tubes are fed with the same proportions of gas as the reference tube.
  • the regulating members of the radiant tubes can be controlled so that these tubes are fed with proportions of gases different from those of the reference tube, in particular with a different excess of air.
  • the invention is used as a combustion chamber standard equipment similar to the others, which participates in the process and whose setting is perfectly representative of the operation of all equipment. It allows, in particular, to control parameters that depend on the operating mode of the entire installation.
  • the master parameter is the excess air measured by the oxygen concentration.
  • the method according to the invention also makes it possible to regulate equipment operating in lack of air.
  • the controlled parameter may be a compound representing one of the gases representative of this mode of combustion, present in large proportion in the fumes. It can be for example CO carbon monoxide.
  • the reference tube is fed by fuel and fuel supply circuits equipped with regulating devices to adjust their proportion. It can also be powered by additional circuits, for example combustion fumes or oxygen.
  • the analyzes carried out on the products of combustion at the outlet of the reference tube are taken into account to control the regulating elements of the supply circuits so as to reach the desired combustion quality.
  • the reference tube is fed in a common way with the other tubes, that is to say when the regulating members are placed on supply circuits common to all the tubes, including the reference tube the other tubes benefit from this same setting.
  • radiant tubes are supplied in a manner distinct from the reference tube, that is to say that they have regulating members on different supply circuits, these regulating members are controlled so that these tubes are fed with the same proportions of gas as the reference tube, or with a different proportion. If the two sets of radiant tubes are designed to have identical regulated parameters, for example an identical supply pressure, for a different operating power while maintaining the same proportion of gas, the regulated parameters of the reference tube are reproduced for the members of the supply circuits of the second set of tubes.
  • a furnace 1 equipped with radiant tubes 2 for heating a metal strip 3, scrolling on unrepresented rollers.
  • the heating is carried out under a protective atmosphere generally composed of a mixture of nitrogen and hydrogen.
  • a protective atmosphere generally composed of a mixture of nitrogen and hydrogen.
  • combustion is provided in a confined combustion chamber, separated from the laboratory oven by the tube. We then have indirect heating.
  • a radiant tube 2 U-shaped U-shaped.
  • the radiant tubes may have other shapes, for example I, P, double P or W.
  • a burner 4 is located one end of the tube 2.
  • the flame 5 propagates in the tube and releases its energy towards the walls of the tube which heats the laboratory and the band. As they travel through the tube, the fumes heat up on the walls of the tube.
  • a heat recovery unit not shown, for preheating the combustion air.
  • the fumes in spent parts are discharged to a manifold 6, connected to a chimney.
  • An analyzer 7, implanted after the exit of the tube, allows the analysis of the products of combustion.
  • FIG. 3 we can see, schematically shown, an embodiment of the fuel supply circuit and fuel of a set of U-shaped radiant tubes, including a reference tube 2r.
  • the burners 4 are fed by an oxidizer supply system 8, with an FCVc control valve, and a fuel supply system 9, with an FCVf control valve.
  • the automatic adjustment of the valves can be provided by a controller (not shown) which receives as input the information on the combustion parameters measured by the analyzer 7 at the output of the reference tube 2r.
  • the controller provides, on outputs connected to the valve controls, setting instructions determined according to the input data.
  • the furnace zone is equipped with radiant tubes 2 whose burners 4 are supplied in parallel by common oxidant and fuel networks.
  • the variation in heat demand is managed by the operating times of the burners, that is to say for each burner the proportion of the opening time of its FCVc oxidizer valve and its FCVf fuel valve for a given time.
  • each of the burners was previously set during commissioning for a known operating point by means of manual flow rate limiters 10.
  • each of the burners was previously regulated by a singular device of limitation of flow.
  • the operation of a tube chosen as a reference tube is the overall image of the operation of all the burners connected to the same supply systems.
  • FCVc and FCVf valves causes a variation in the pressure of the oxidant Pc or the fuel pressure Pf making it possible to adjust the proportion of gases to the same for all the tubes.
  • the measurements made by the analyzer 7 placed at the outlet of the reference tube may for example be limited to two parameters: the oxygen content, which represents the excess of oxidant, and the proportion of unburnt, the quantity of which may lead to Excess air corrections, especially at low temperatures.
  • a set of four radiant tubes 2 is fed by oxidizing networks 8 and fuels 9 common to all four tubes by means of control valves FCVc and FCVf.
  • a reference radiant tube 2i is fed separately with its own oxidizer supply system 8i regulated by a valve FCVci, and fuel 9i regulated by a valve FCVfi.
  • the transmitters used on the reference tube 2i and the group of tubes 2 to be regulated exploit the same physical laws.
  • a differential pressure transmitter can be used to measure a flow rate.
  • each of the burners including that of the reference tube, was previously set for commissioning by a singular device for limiting the flow rate, in particular manual adjustment, so as to obtain the same oxidizer / fuel ratio on each burner.
  • This adjustment is made under the same conditions for all the tubes, that is to say with the same quality of oxidant and fuel.
  • the oxidant and fuel flow rates of the reference tube are adjusted to have the correct oxygen level in the flue gas according to the changes in the properties of the fuel and / or the oxidant.
  • the analyzer 7 makes it possible to adjust the FCVci and FCVfi valves so as to obtain the targeted combustion quality in the reference tube.
  • the corresponding operating point measured by the pressures Pci and Pfi, defines the setpoints Pc and Pf used to set the valves FCVc and FCVf.
  • K is a constant
  • Ivai expresses the signal of the representative measurement of the oxidant on the reference tube 2i
  • Ivfi expresses the signal of the measurement representative of the fuel on the reference tube 2i
  • Ivf expresses the signal of the representative measurement of the fuel on the group of tubes 2 to be regulated.
  • An extension of this application is to control an installation whose composition of the oxidant is variable. This variation can be unintended, for example the composition of the air is dependent on the moisture content.
  • This variation can be voluntary, for example by changing the oxygen content of the oxidizer.
  • an oxygen enrichment can be achieved to increase the production of an oven, reduce fuel consumption or reduce CO2 emissions.
  • Oxygen depletion can be achieved in order to modify the heat transfer, for example by lengthening the flame, or to reduce NOx emissions.
  • a measurement of NOx in the flue gases of the reference tube will be used to regulate the dilution ratio of the oxidant.
  • the invention makes it possible to adjust settings that may be different from that of the reference burner.
  • the flame develops in a reference chamber similar to other speakers, and not in the open air.
  • the combustion in an enclosure is strongly influenced by the geometry of it. This conditions the flame confinement, the nature of the gas flows, the recirculation of a part of the fumes and the temperature mapping in the enclosure. All these parameters affect the combustion, especially the flame temperature.

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Description

  • La présente invention est relative à un procédé de réglage des dispositifs d'alimentation d'un ensemble d'enceintes thermiques de combustion alimenté avec un comburant et un combustible dont les propriétés sont variables. La présente invention est aussi relative à une installation pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Elle permet de prendre en compte les fluctuations éventuelles de ces propriétés de sorte de maintenir la qualité de combustion visée.
    De nombreux équipements de chauffage industriels sont constitués d'un ensemble de chambres de combustion séparées alimentées par un dispositif commun d'alimentation en comburant et en combustible. Par exemple en sidérurgie, c'est le cas des fours des lignes continues de traitement de bandes métalliques, équipées de tubes radiants.
    Dans de nombreux cas, les comburants ou les combustibles utilisés ont des propriétés variables dans le temps. Par exemple, lors de l'utilisation d'air enrichi ou d'air appauvri, ou bien lors de l'utilisation de combustibles co-produits sur le site comme le gaz de cokerie, le gaz d'aciérie, un mélange de gaz ou encore des combustibles alternatifs comme le bio gaz ou un gaz de générateur.
    Il existe de nombreux procédés de correction de la régulation d'un four selon les propriétés du combustible. Ces procédés permettent de corriger la fluctuation d'un des paramètres principaux du combustible, par exemple le pouvoir calorifique PCI, le pouvoir comburivore, l'indice de comburité ou l'indice de Wobbe.
  • Ces procédés ne permettent pas de prendre parfaitement en compte les propriétés du combustible et du comburant car, dans la plupart des cas, l'échantillonnage modifie les propriétés du combustible et du comburant. Ces procédés ont également l'inconvénient d'avoir un temps de réponse relativement long et nécessitent de mettre en place des appareils de mesure dans des lieux protégés.
    Un procédé particulier est proposé par FR2712961 . Selon ce procédé , on effectue le réglage d'un brûleur en prélevant un débit donné de combustible, on brûle ce combustible dans une enceinte dédiée avec un débit d'air tel qu'il conduise à une combustion en excès d'air, et on mesure dans les fumées de combustion complète du combustible une grandeur reflétant l'écart à la stoechiométrie. Cette grandeur sert ensuite à déterminer la valeur représentative du coefficient de régulation du débit d'air comburant du brûleur. Ce dispositif comburimètre est constitué d'un tunnel de combustion, d'un brûleur et de moyens de mesure appropriés.
    Ce système présente l'inconvénient de mettre en oeuvre un mini four construit spécialement dans lequel on vient brûler un mélange air/combustible à des proportions réglées pour avoir un excès d'air. Ce mini four consomme du combustible et doit fonctionner en excès d'air. La combustion est réalisée dans ce mini four sur un point de fonctionnement qui peut être éloigné de celui de l'installation à réguler, par exemple au niveau de la puissance du brûleur, du rapport air/gaz, de la température du four, et du confinement de la flamme. L'exploitation des résultats nécessite ainsi d'utiliser des formules de correction mathématiques.
    Ce système présente également l'inconvénient d'être dédié exclusivement à la prise en compte des variations de propriétés du combustible. Il ne prend pas en compte les variations de propriétés du comburant ni des paramètres de combustion propres à l'installation contrôlée, à savoir le taux d'imbrûlés ou bien le taux d'émission d'oxydes d'azote NOx.
    L'invention a pour but, surtout, d'améliorer le réglage de la combustion d'un ensemble d'enceintes de combustion participant à un processus de fabrication ; en particulier, l'invention vise à améliorer le réglage d'un ensemble de tubes radiants d'une ligne de traitement en continu de bandes métalliques.
  • Ces enceintes de combustion sont de même nature. La puissance de chacune d'entre elles peut être variable mais les technologies mises en oeuvre sont similaires. Les différences éventuelles entre ces enceintes de combustion n'ont pas d'influence sur les paramètres de combustion que l'on veut contrôler.
    Afin d'assurer le réglage de la combustion de l'ensemble des tubes radiants, on utilise l'un de ces tubes installé dans le laboratoire du four comme tube de référence. Celui-ci participe au chauffage de la bande comme l'ensemble des autres tubes. Ce tube radiant est d'une construction similaire à celle des autres tubes et est sollicité d'une manière représentative du fonctionnement des autres tubes qui participent au chauffage.
    Les produits de combustion en sortie du tube radiant se sont refroidis en participant au processus de chauffage du four. En sortie de ce tube de référence, on installe un appareil de mesure qui renseigne sur l'état des produits de combustion après le tube. Il s'agit généralement d'un analyseur de gaz permettant en particulier de connaître par exemple l'excès d'air et/ou les imbrûlés.
  • Ainsi, l'invention consiste en un procédé de réglage en temps réel et en continu d'un ensemble d'enceintes thermiques de combustion, constituées de tubes radiants, ayant des caractéristiques voisines alimentées par les mêmes réseaux de comburant et de combustible, dans lequel procédé :
    • une des enceintes est utilisée comme enceinte de référence,
    • des paramètres de combustion sont mesurés dans les fumées à la sortie de l'enceinte de référence,
    • les paramètres de régulation de l'ensemble des enceintes sont ajustés en fonction des paramètres de combustion mesurés à la sortie de l'enceinte de référence, en particulier en fonction de la proportion entre le comburant et le combustible et/ou la composition du comburant et/ou du combustible.
    Les paramètres de combustion mesurés dans les fumées à la sortie de l'enceinte de référence peuvent être constitués par au moins la concentration en oxygène, et/ou la concentration en dioxyde de carbone, et/ou la concentration en hydrogène, et/ou la concentration en oxydes d'azotes et/ou le taux d'imbrûlés.
    L'excès d'air peut être déterminé selon la concentration en oxygène ou en dioxyde de carbone dans les fumées en sortie de l'enceinte de référence. Le défaut d'air peut être déterminé par la concentration en monoxyde de carbone, ou en hydrogène, ou en imbrûlés, dans les fumées en sortie de l'enceinte de référence.
  • Avantageusement, on ajuste les paramètres de régulation de l'ensemble des enceintes de sorte d'obtenir l'excès d'air et/ou le taux d'imbrûlés visés. On peut ajuster les paramètres de régulation de l'ensemble des enceintes de sorte d'obtenir le défaut d'air, et/ou le taux d'imbrûlés visés.
  • La concentration en oxydes d'azote peut être régulée en ajustant la composition du comburant et/ou du combustible, en particulier par dilution avec des produits de combustion.
  • Les enceintes thermiques sont constituées de tubes radiants alimentés avec des proportions de gaz différentes de celles du tube de référence.
  • L'invention est également relative à une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé tel que défini précédemment, comportant un ensemble d'enceintes thermiques de combustion, constituées de tubes radiants, ayant des caractéristiques voisines, alimentées par les mêmes réseaux de comburant et de combustible, dans laquelle installation :
    • une des enceintes est utilisée comme enceinte de référence,
    • des moyens de mesure de paramètres de combustion sont installés sur la sortie de l'enceinte de référence pour mesurer ces paramètres de combustion dans les fumées à la sortie,
    • des moyens de réglage sont prévus pour ajuster les paramètres de régulation de l'ensemble des enceintes en fonction des mesures effectuées à la sortie de l'enceinte de référence, en particulier en fonction de la proportion entre le comburant et le combustible et/ou la composition du comburant et/ou du combustible.
  • Les enceintes thermiques sont constituées de tubes radiants, et un tube de référence peut être alimenté d'une manière commune avec les autres tubes, les organes de régulation étant placés sur des circuits d'alimentation communs à l'ensemble des tubes.
    Selon une autre possibilité, les tubes radiants sont alimentés d'une manière distincte du tube de référence et disposent d'organes de régulation différents de ceux du tube de référence, sur des circuits d'alimentation différents, les organes de régulation des tubes étant pilotés de sorte que ces tubes soient alimentés avec les mêmes proportions de gaz que le tube de référence. Selon une autre possibilité, les organes de régulation des tubes radiants peuvent être pilotés de sorte que ces tubes soient alimentés avec des proportions de gaz différentes de celles du tube de référence, en particulier avec un excès d'air différent.
  • Par rapport aux équipements utilisés suivant l'état de la technique, selon l'invention on utilise comme enceinte de combustion un équipement standard similaire aux autres, qui participe au procédé et dont le réglage est parfaitement représentatif du fonctionnement de l'ensemble des équipements. Il permet, en particulier, de maîtriser des paramètres qui dépendent du mode de fonctionnement de l'ensemble de l'installation.
    Généralement, le paramètre maître est l'excès d'air mesuré par la concentration en oxygène. Toutefois, on peut être conduit à contrôler d'autres paramètres, par exemple, les imbrûlés quand le four est froid, ou bien les émissions de NOx qui peuvent être régulées, par exemple selon les variations de propriétés du comburant et/ou du combustible.
    Le procédé selon l'invention permet également de réguler des équipements fonctionnant en manque d'air. Dans ce cas, le paramètre contrôlé peut être un composé représentant l'un des gaz représentatif de ce mode de combustion, présent en grande proportion dans les fumées. Il peut s'agir par exemple du monoxyde de carbone CO.
  • Le tube de référence est alimenté par des circuits d'alimentation en comburant et combustible équipés d'organes de régulation permettant d'ajuster leur proportion. Il peut également être alimenté par des circuits supplémentaires, par exemple de fumées de combustion ou d'oxygène.
  • Les analyses effectuées sur les produits de combustion en sortie du tube de référence sont prises en compte pour piloter les organes de régulation des circuits d'alimentation de sorte d'atteindre la qualité de combustion visée.
    Lorsque le tube de référence est alimenté d'une manière commune avec les autres tubes, c'est-à-dire lorsque les organes de régulation sont placés sur des circuits d'alimentation communs à l'ensemble des tubes, dont le tube de référence, les autres tubes bénéficient de ce même réglage.
    Lorsque des tubes radiants sont alimentés d'une manière distincte du tube de référence, c'est-à-dire qu'ils disposent d'organes de régulation sur des circuits d'alimentation différents, ces organes de régulation sont pilotés de sorte que ces tubes soient alimentés avec les mêmes proportions de gaz que le tube de référence, ou avec une proportion différente.
    Si les deux ensembles de tubes radiants sont conçus pour avoir des paramètres régulés identiques, par exemple une pression d'alimentation identique, pour une puissance de fonctionnement différente tout en conservant la même proportion de gaz, les paramètres régulés du tube de référence sont reproduits pour les organes des circuits d'alimentation du second ensemble de tubes.
  • Si les deux ensembles de tubes radiants sont conçus pour avoir des paramètres régulés différents, par exemple une pression d'alimentation différente, tout en conservant la même proportion de gaz, les paramètres régulés du tube de référence sont corrigés pour les organes des circuits d'alimentation du second ensemble de tubes. Cette correction dépend de la loi physique de la valeur mesurée, par exemple la variation du débit en fonction de la variation au carré de la pression différentielle.
    Selon l'invention, lorsque des tubes radiants sont alimentés d'une manière distincte du tube de référence, leurs organes de régulation peuvent être pilotés de sorte que ces tubes soient alimentés avec des proportions de gaz différentes de celles du tube de référence, par exemple avec un excès d'air différent.
    La régulation de la demande calorifique du tube de référence peut être réalisée en modulation de débit ou en modulation de durée. Elle peut être associée à celle d'autres tubes radiants ou elle peut être distincte.
    L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation, décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins :
    • Fig. 1 est une vue schématique d'une ligne de traitement en continu de bandes métalliques,
    • Fig. 2 est une vue schématique d'un tube radiant,
    • Fig. 3 représente un exemple d'alimentation d'une paire de tubes radiants, et
    • Fig. 4 est un second exemple d'alimentation d'un ensemble de tubes radiants.
  • En se reportant à la Fig. 1 des dessins, on peut voir, schématiquement représenté, un four 1 équipé de tubes radiants 2 assurant le chauffage d'une bande métallique 3, en défilement sur des rouleaux non représentés. Le chauffage est réalisé sous une atmosphère protectrice généralement composée d'un mélange d'azote et d'hydrogène. Dans chaque tube radiant, la combustion est assurée dans une enceinte de combustion confinée, séparée du laboratoire du four par le tube. On a alors un chauffage indirect.
  • En se reportant à la Fig. 2 des dessins, on peut voir, schématiquement représenté, un tube radiant 2 en forme de U. Les tubes radiants peuvent avoir d'autres formes, par exemple en I, en P, en double P ou en W. Un brûleur 4 est situé à une extrémité du tube 2. La flamme 5 se propage dans le tube et libère son énergie vers les parois du tube qui chauffe le laboratoire et la bande. Au fur et à mesure de leur cheminement dans le tube, les fumées s'épuisent thermiquement sur les parois du tube. A l'extrémité du tube opposée au brûleur est généralement implanté un récupérateur de chaleur, non représenté, permettant de préchauffer l'air de combustion. A la sortie du tube, les fumées en parties épuisées sont évacuées vers un collecteur 6, raccordé à une cheminée. Un analyseur 7, implanté après la sortie du tube, permet l'analyse des produits de combustion.
  • En se reportant à la Fig. 3 des dessins, on peut voir, schématiquement représenté, un exemple de réalisation du circuit d'alimentation en comburant et en combustible d'un ensemble de tubes radiants en U, dont un tube de référence 2r. Les brûleurs 4 sont alimentés par un système d'alimentation en comburant 8, avec vanne de réglage FCVc, et un système d'alimentation en combustible 9, avec vanne de réglage FCVf. Le réglage automatique des vannes peut être assuré par un automate (non représenté) qui reçoit en entrée les informations sur les paramètres de combustion mesurés par l'analyseur 7 en sortie du tube de référence 2r. L'automate fournit, sur des sorties reliées aux commandes des vannes, des instructions de réglage déterminées en fonction des données d'entrée.
  • Dans cet exemple de réalisation, la zone du four est équipée de tubes radiants 2 dont les brûleurs 4 sont alimentés en parallèle par des réseaux communs de comburant et de combustible. La variation de demande calorifique est gérée par les temps de fonctionnement des brûleurs, c'est-à-dire pour chaque brûleur la proportion de la durée d'ouverture de sa vanne de comburant FCVc et de sa vanne de combustible FCVf pendant un temps donné.
  • Chacun des brûleurs a été préalablement réglé lors de la mise en service pour un point de fonctionnement connu au moyen de limiteurs de débits manuels 10. Pour un point de fonctionnement donné, par exemple à 100 % de la puissance, chacun des brûleurs a été préalablement réglé par un dispositif singulier de limitation de débit. Dans ces conditions, pour un fonctionnement général donné de la zone du four, le fonctionnement d'un tube choisi comme tube de référence est l'image globale du fonctionnement de l'ensemble des brûleurs raccordés sur les mêmes systèmes d'alimentation. En modifiant les réglages du système d'alimentation du tube de référence, c'est-à-dire des vannes FCVc et FCVf, pour prendre en compte une évolution des caractéristiques du combustible ou du comburant, on modifie le réglage de l'ensemble des tubes radiants.
  • Le réglage des vannes FCVc et FCVf entraîne une variation de la pression du comburant Pc ou de la pression du combustible Pf permettant d'ajuster la proportion des gaz à l'identique pour l'ensemble des tubes.
  • Les mesures réalisées par l'analyseur 7 placé en sortie du tube de référence peuvent par exemple se limiter à deux paramètres : la teneur en oxygène, qui représente l'excès de comburant, et la proportion d'imbrûlés dont la quantité peut conduire à des corrections d'excès d'air, en particulier à basse température.
  • En se reportant à la Fig. 4 des dessins, on peut voir, schématiquement représenté, un four équipé de tubes radiants en U.
  • Sur cette installation, un ensemble de quatre tubes radiants 2 est alimenté par des réseaux comburants 8 et combustibles 9 communs à l'ensemble des quatre tubes au moyen de vannes de régulation FCVc et FCVf. Sur cette installation, un tube radiant de référence 2i est alimenté séparément avec son propre système d'alimentation en comburant 8i régulé par une vanne FCVci, et en combustible 9i régulé par une vanne FCVfi.
  • Selon un exemple préféré de réalisation de l'invention, les transmetteurs utilisés sur le tube de référence 2i et le groupe de tubes 2 à réguler, exploitent les mêmes lois physiques. Par exemple on peut utiliser un transmetteur de pression différentielle pour mesurer un débit.
  • Pour un point de fonctionnement donné, par exemple à 100 % de la puissance, chacun des brûleurs, y compris celui du tube de référence, a été préalablement réglé à la mise en service par un dispositif singulier de limitation de débit 10, en particulier à réglage manuel, de sorte d'obtenir la même proportion comburant/combustible sur chaque brûleur. Ce réglage est réalisé dans les mêmes conditions pour l'ensemble des tubes, c'est-à-dire avec une même qualité de comburant et de combustible.
  • En mode de régulation, les débits de comburant et de combustible du tube de référence sont ajustés de manière à avoir le taux d'oxygène correct dans les fumées selon les variations des propriétés du combustible et/ou du comburant. L'analyseur 7 permet de régler les vannes FCVci et FCVfi de sorte d'obtenir la qualité de combustion visée dans le tube de référence. Le point de fonctionnement correspondant, mesuré par les pressions Pci et Pfi, définit les consignes Pc et Pf utilisées pour régler les vannes FCVc et FCVf.
  • Les réglages du tube de référence 2i étant représentatifs de la combustion désirée sur l'ensemble des tubes, les valeurs mesurées sur son système d'alimentation servent à gouverner la régulation de l'ensemble du groupe de tubes 2.
  • Par exemple, la vanne de combustible FCVf sera réglée en fonction de la demande calorifique et la vanne de comburant FCVc sera réglée de telle manière que la valeur Iva du signal de la mesure représentative du débit de comburant sur le groupe à réguler, soit définie selon la relation suivante : Iva / Ivf = K × Ivai / Ivfi
    Figure imgb0001
  • Dans cette relation, K est une constante, Ivai exprime le signal de la mesure représentative du comburant sur le tube de référence 2i, Ivfi exprime le signal de la mesure représentative du combustible sur le tube de référence 2i, et Ivf exprime le signal de la mesure représentative du combustible sur le groupe de tubes 2 à réguler.
  • L'avantage de ce système est qu'il permet de faire facilement des corrections sur la régulation d'un ensemble de chauffage. Le temps de réponse est alors très faible et les paramètres de réglages sont parfaitement représentatifs de ce que l'on cherche à régler.
  • Une extension de cette application est de maîtriser une installation dont la composition du comburant est variable. Cette variation peut être involontaire, par exemple la composition de l'air est dépendante de la teneur en humidité.
  • Cette variation peut être volontaire, par exemple en jouant sur le taux d'oxygène du comburant. Ainsi, un enrichissement en oxygène peut être réalisé pour augmenter la production d'un four, diminuer la consommation en combustible ou réduire les émissions de CO2. Un appauvrissement en oxygène peut être réalisé afin de modifier le transfert thermique, par exemple en allongeant la flamme, ou pour diminuer les émissions de NOx. Dans cette application, une mesure de NOx dans les fumées du tube de référence servira à réguler le taux de dilution du comburant.
  • L'invention permet d'ajuster des réglages qui peuvent être différents de celui du brûleur de référence. Selon l'invention la flamme se développe dans une enceinte de référence similaire aux autres enceintes, et non à l'air libre.
  • La combustion dans une enceinte est fortement influencée par la géométrie de celle-ci. Celle-ci conditionne le confinement de flamme, la nature des écoulements des gaz, la recirculation d'une partie des fumées et la cartographie de températures dans l'enceinte. Tous ces paramètres influent sur la combustion, notamment la température de flamme.
  • Les résultats de combustion mesurés en sortie de l'enceinte de référence sont ainsi directement représentatifs de la combustion telle qu'elle se produit dans les autres enceintes.

Claims (12)

  1. Procédé de réglage en temps réel et en continu d'un ensemble d'enceintes thermiques de combustion (2, 2r, 2i), constituées de tubes radiants, ayant des caractéristiques voisines alimentées par les mêmes réseaux de comburant (8) et de combustible (9), dans lequel procédé :
    - une des enceintes (2, 2r, 2i) est utilisée comme enceinte de référence,
    - des paramètres de combustion sont mesurés (7) dans les fumées à la sortie de l'enceinte de référence,
    - les paramètres de régulation de l'ensemble des enceintes sont ajustés en fonction des paramètres de combustion mesurés à la sortie de l'enceinte de référence, en particulier en fonction de la proportion entre le comburant et le combustible et/ou la composition du comburant et/ou du combustible.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les paramètres de combustion mesurés dans les fumées à la sortie de l'enceinte de référence sont constitués par au moins la concentration en oxygène, et/ou la concentration en dioxyde de carbone, et/ou la concentration en monoxyde de carbone, et/ou la concentration en hydrogène, et/ou le taux d'imbrûlés, et/ou la concentration en oxydes d'azotes.
  3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'excès d'air est déterminé selon la concentration en oxygène ou en dioxyde de carbone dans les fumées en sortie de l'enceinte de référence.
  4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le défaut d'air est déterminé par la concentration en monoxyde de carbone, ou en hydrogène, ou en imbrûlés, dans les fumées en sortie de l'enceinte de référence.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'on ajuste les paramètres de régulation de l'ensemble des enceintes de sorte d'obtenir l'excès d'air et/ou le taux d'imbrûlés visés.
  6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'on ajuste les paramètres de régulation de l'ensemble des enceintes de sorte d'obtenir le défaut d'air visé.
  7. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la concentration en oxydes d'azote est régulée en ajustant la composition du comburant et/ou du combustible, en particulier par dilution avec des produits de combustion.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un des tubes radiants constitue un tube de référence, et que les autres tubes radiants sont alimentés avec des proportions de gaz différentes de celles du tube de référence.
  9. Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un ensemble d'enceintes thermiques de combustion (2, 2r, 2i), constituées de tubes radiants, ayant des caractéristiques voisines alimentées par les mêmes réseaux de comburant (8) et de combustible (9), dans laquelle installation :
    - une des enceintes (2, 2r, 2i) est utilisée comme enceinte de référence,
    - des moyens de mesure (7) de paramètres de combustion sont installés sur la sortie de l'enceinte de référence pour mesurer ces paramètres de combustion dans les fumées à la sortie,
    - des moyens de réglage (FCVc, FCVf) sont prévus pour ajuster les paramètres de régulation de l'ensemble des enceintes en fonction des mesures effectuées à la sortie de l'enceinte de référence, en particulier en fonction de la proportion entre le comburant et le combustible et/ou la composition du comburant et/ou du combustible.
  10. Installation selon la revendication 9, dans laquelle un tube de référence (2r) est alimenté d'une manière commune avec les autres tubes, les organes de régulation (FCVc, FCVf) étant placés sur des circuits d'alimentation (8,9) communs à l'ensemble des tubes.
  11. Installation selon la revendication 9, dans laquelle un des tubes radiants constitue un tube de référence (2i), et les autres tubes radiants sont alimentés d'une manière distincte du tube de référence (2i) et disposent d'organes de régulation (FCVc, FCVf) différents de ceux (FCVci, FCVfi) du tube de référence (2i), sur des circuits d'alimentation différents (8,9, 8i, 9i), les organes de régulation (FCVc, FCVf) des tubes (2) étant pilotés de sorte que ces tubes (2) soient alimentés avec les mêmes proportions de gaz que le tube de référence (2i).
  12. Installation selon la revendication 11, dans laquelle les organes de régulation (FCVc, FCVf) des autres tubes radiants (2) sont pilotés de sorte que ces tubes soient alimentés avec des proportions de gaz différentes de celles du tube de référence (2i), en particulier avec un excès d'air différent.
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