EP3671038A1 - Ensemble pour l'injection d'un agent de combustion gazeux - Google Patents

Ensemble pour l'injection d'un agent de combustion gazeux Download PDF

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EP3671038A1
EP3671038A1 EP18306820.4A EP18306820A EP3671038A1 EP 3671038 A1 EP3671038 A1 EP 3671038A1 EP 18306820 A EP18306820 A EP 18306820A EP 3671038 A1 EP3671038 A1 EP 3671038A1
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gaseous
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primary
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Benoit Grand
Jean-Baptiste SENECHAL
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F23N2237/00—Controlling
    • F23N2237/02—Controlling two or more burners

Definitions

  • the present invention relates to an assembly for injecting a gaseous combustion agent into a combustion zone, a burner comprising such an assembly and the use of such an assembly / burner in a combustion process.
  • the flame characteristics are notably determined by the nature of the combustion agents (fuel and oxidizer) and the way in which they are introduced into the combustion zone (flow rates, speeds, distribution in space, etc.).
  • a burner which comprises a first interior passage for supplying oxidant rich in oxygen (at least 80% of O 2 ), an intermediate passage for supplying fuel externally surrounding the first passage for supplying oxidant and a second passage oxidizer supply exterior externally surrounding the fuel supply passage.
  • the burner includes means for varying the oxidizer flow rate injected through the first interior passage, which makes it possible to control a characteristic of the flame such as the flame length and the brightness.
  • a burner comprising a first interior passage for supplying oxidant, an intermediate passage for supplying fuel externally surrounding the first passage for supplying oxidizer and a second external passage for supplying oxidant externally surrounding the passage for supply of fuel for heating a transfer channel for molten glass during the production of glass and for adjusting the length of flame generated by means of said burner by modifying the proportion of the total oxidizer flow rate passing through the first passage of supplied with oxidizer.
  • the burners mentioned above are burners with concentric and adjacent injection of fuel and oxidizer generating a flame of essentially circular section.
  • burners generate flames called "flat flames" and / or inject at least part of the oxidant at a distance from the injection of the fuel, or even inject at least part of the fuel at a distance from the injection of the oxidant.
  • the at least two gas fuel passages each have an interior passage and a coaxial exterior passage.
  • a gaseous fuel flow control means regulates the flow of gaseous fuel through the interior passages and the exterior passages respectively by means of a gaseous fuel distributor.
  • known burners do not include any means of feedback to adjust the burner operation and therefore the target characteristic of the flame in real time.
  • the present invention relates to an assembly for injecting, into a combustion zone, a gaseous combustion agent chosen from gaseous fuels and gaseous oxidants.
  • the set includes a room and the agent is introduced into the set through an entrance to this room.
  • the assembly includes at least one primary injector for transporting a primary flow of the agent from the chamber to the combustion zone and for injecting said primary flow into the combustion zone.
  • the at least one primary injector is fluidly connected to the chamber by means of at least one passage called the primary passage.
  • the assembly also includes at least one secondary injector for transporting a secondary flow of the agent from the chamber to the combustion zone and for injecting said secondary flow into the combustion zone.
  • the at least one secondary injector is in turn fluidly connected to the chamber by means of at least one passage called the secondary passage.
  • the at least one secondary passage has an adjustable flow section.
  • An adjustment system for example in the form of a valve, makes it possible to adjust this flow section of the at least one secondary passage.
  • the assembly also includes a pressure detector for detecting a pressure or a variation in gas pressure in the chamber as well as a control system connected to the pressure detector.
  • the control system is also connected to an adjustment system and controls said adjustment system, so that the flow section of the at least one secondary passage of the assembly is regulated according to the pressure or the variation. pressure detected by the assembly pressure sensor.
  • control system which can be an analog or digital control system, is adapted to control the control system so that the gas pressure in the chamber is located in a pressure zone predetermined by adjusting the flow section of the at least one secondary passage.
  • control system is adapted to control the adjustment system so that the gas pressure in the chamber corresponds to a predetermined value by adjusting the flow section of the at least one secondary passage.
  • the assembly control system can be an analog or digital system. It can be mechanical, for example pneumatic or hydraulic. Preferably, the control system is digital. According to a preferred embodiment, the control system is programmable. In this case, for the implementation of the injection assembly according to the invention, the control system is programmed so as to control the adjustment system so as to actuate the adjustment system as a function of the pressure or of the pressure variation detected by the pressure detector. The gas pressure or the variation in gas pressure detected by the pressure detector is then transmitted to the programmable control system: for example by means of a wired connection or by a wireless connection.
  • the adjustment system may include various means for adjusting the flow section of the at least one secondary passage, such as one or more adjustable valves positioned in the at least one secondary passage between the chamber and the at least a secondary injector, or the movement of a mechanical element acting as a shutter of the at least one secondary passage, this movement being generated for example by translation, by rotation (screwing) or by deformation of a mechanical element linked to the shutter or by modification of the magnetic state of a metallic element.
  • various means for adjusting the flow section of the at least one secondary passage such as one or more adjustable valves positioned in the at least one secondary passage between the chamber and the at least a secondary injector, or the movement of a mechanical element acting as a shutter of the at least one secondary passage, this movement being generated for example by translation, by rotation (screwing) or by deformation of a mechanical element linked to the shutter or by modification of the magnetic state of a metallic element.
  • the adjustment system is provided with at least one shutter capable of adjusting the flow section of the at least one secondary passage by closing it at least partially.
  • the at least one secondary passage connecting the at least one secondary injector fluidly to the chamber has an internal surface in the form of a funnel and the adjustment system comprises a shutter having a corresponding external surface and which can be moved along the longitudinal axis of the passage secondary.
  • the adjustment system comprises a shutter having a corresponding external surface and which can be moved along the longitudinal axis of the passage secondary.
  • a minimum gas flow through the at least one secondary injector may be necessary. It is however also conceivable to ensure such a minimum gas flow by means other than the adjustment system defined above such as for example fluid passages shorting the shutter and of reduced size in order to simply ensure this minimum flow.
  • the assemblies are typically made of metal, the injectors or at least the downstream ends (injection ends) often being advantageously made of metals with high resistance to heat and oxidation, such as alloys of austenitic nickel steels. -Chrome Inconel® type or nickel-free alloys Kanthal® type.
  • the assembly according to the invention may more particularly comprise at least one pair of a primary injector with a secondary injector, a pair in which one of the primary injector and the secondary injector surrounds the other of the primary injector and the secondary injector.
  • the primary injector can thus surround the secondary injector or the secondary injector can surround the primary injector of the torque.
  • the primary torque injector is surrounded by the secondary torque injector.
  • the primary injector and the secondary torque injector are concentric.
  • a non-concentric arrangement may be useful.
  • such a torque configuration does not exclude the presence of other elements and in particular the presence of one or more other injectors in or around one or the other of the torque injectors.
  • the fluid can be a gaseous oxidizer, such as a gas containing at least 80% vol and preferably at least 90% vol of oxygen.
  • the primary torque injector is located in the center and is surrounded by the secondary torque injector, preferably concentrically.
  • An injector for injecting fuel into the combustion zone is located between the primary injector and the secondary torque injector, so that the fuel injector surrounds the primary oxidizer injector and is surrounded by the oxidant secondary injector, the assembly thus forms part of a burner for the combustion (at least partial) of the fuel with the oxidant and in which the flow section of the secondary injector and therefore also the distribution of the oxidant between the primary flow and the secondary flow are regulated by the control system by means of the adjustment system according to the gas pressure or the variation of gas pressure in the chamber of the assembly detected by the pressure detector.
  • the fluid is a gaseous fuel, such as natural gas.
  • the primary torque injector is located in the center and is surrounded by the secondary injector, preferably concentrically.
  • An injector for injecting oxidant into the combustion zone is located between the primary injector and the secondary torque injector, so that the oxidant injector surrounds the primary fuel injector and is surrounded by the secondary fuel injector.
  • the oxidizer is preferably a gas containing at least 80% vol and more preferably at least 90% vol of oxygen.
  • the assembly thus forms part of a burner for the combustion (at least partial) of the fuel with the oxidizer and in which the flow section of the secondary injector and therefore also the distribution of the fuel between the primary flow and the flow secondary fuel are adjusted by the control system by means of the adjustment system according to the gas pressure or the variation of gas pressure in the chamber of the assembly detected by the pressure detector.
  • the assembly according to the invention may comprise a single primary injector and a single secondary injector and in particular a single pair of a primary injector with a secondary injector.
  • the assembly according to the invention comprises several primary injectors and / or several secondary injectors and in particular several pairs of a primary injector with a secondary injector.
  • the at least one secondary injector of the assembly is spaced from the at least one primary injector of the assembly without the at least one primary injector of the assembly surrounds a secondary injector of the assembly and without the at least one secondary injector of the assembly surrounds a primary injector of the assembly.
  • the at least one primary injector may in particular extend in a first plane, while the at least one secondary injector extends in a second plane, the second plane being parallel to the first plane. In this way, it is possible to inject the primary flow and the secondary flow of the gaseous combustion agent into the combustion zone in two parallel planes.
  • the at least one primary injector extends in a first plane and the at least one secondary injector extends in a second plane, the first plane and the second plane intersecting downstream of said primary injectors and secondary, that is to say inside the combustion zone into which the gaseous combustion agent is injected.
  • the assembly according to the invention may comprise at least two primary injectors and / or at least two secondary injectors, preferably at least two primary injectors and at least two secondary injectors. This is particularly advantageous in the case where, as described above, the at least one primary injector extends in a first plane and the at least one secondary injector extends in a second plane different from the first plane.
  • the inlet of the assembly which is also the inlet of the chamber of the assembly, is fluidly connected to a source of gaseous fuel, preferably at a source of gaseous fuel chosen from natural gas, biogas, propane, butane, residual gases from steel or methane reforming processes, hydrogen, any mixture of said gaseous fuels, or from a source of an oxidizer gaseous, preferably having an oxygen content of 21 to 100% vol, preferably greater than 21% vol and in particular of at least 80% vol, more preferably at least 90% vol.
  • a source of gaseous fuel chosen from natural gas, biogas, propane, butane, residual gases from steel or methane reforming processes, hydrogen, any mixture of said gaseous fuels, or from a source of an oxidizer gaseous, preferably having an oxygen content of 21 to 100% vol, preferably greater than 21% vol and in particular of at least 80% vol, more preferably at least 90% vol.
  • Such a source can be a reservoir of the gaseous agent in gaseous form or in liquefied form, a supply conduit transporting said gaseous agent or a generator of said gaseous agent.
  • the invention also relates to an installation comprising several assemblies according to any one of the embodiments described above.
  • this installation may be preferable for this installation to include a common control system capable of controlling, preferably independently, the adjustment system of each set of the installation as a function of the gas pressure or the gas pressure variation detected by the pressure detector of said assembly.
  • the assembly can be incorporated into a burner.
  • Such a burner according to the invention therefore comprises an assembly according to any one of the above embodiments for the injection into a combustion zone of a gaseous combustion agent chosen from a gaseous fuel and a gaseous oxidant.
  • Such a burner typically also includes at least one additional injector for injecting an additional fluid into the combustion zone.
  • the at least one additional injector is suitable for injecting a gaseous oxidant into the combustion zone and when the gaseous agent injected by l the assembly is a gaseous oxidizer, the at least one additional injector is suitable for injecting a fuel (gaseous or non-gaseous) into the combustion zone.
  • the burner comprises a block with an inlet face and an outlet face opposite the inlet face.
  • the combustion zone is located downstream from the outlet face.
  • the block is typically made of refractory material, such as a cement, or a material of the electrofused type, or a pressed material, composed mainly of alumina and / or zirconia and / or silica and / or magnesia or a mixture of these components in varying proportions depending on the application process.
  • refractory material such as a cement, or a material of the electrofused type, or a pressed material, composed mainly of alumina and / or zirconia and / or silica and / or magnesia or a mixture of these components in varying proportions depending on the application process.
  • the assembly is then attached to the inlet face of the block so that the burner injectors, and therefore also the injectors of the assembly, are positioned in one or more perforations which pass through the block from the face of entry to the exit face.
  • a burner according to the invention can, for example comprise such a block with one or more first perforations which end at a first level in the outlet face of the block as well as one or more additional perforations which end in the face second level located below or above the first level.
  • the assembly includes at least two and preferably at least three primary injectors and secondary injectors for transporting and injecting gaseous fuel into the combustion zone.
  • Each of the primary injectors forms a pair with one of the secondary injectors.
  • each of the primary injectors surrounds one of the secondary injectors.
  • each of the secondary injectors surrounds one of the primary injectors.
  • the burner also has several additional injectors for transporting and injecting oxidant into the combustion zone.
  • Said additional injectors are positioned in the additional passage (s) of the block so as to allow the injection of oxidant into the combustion zone above or below the gaseous fuel.
  • the additional injectors may extend in a plane parallel to the plane of the torques of a primary injector with a secondary injector.
  • the additional injectors can define a plane for injecting the oxidizer which cuts the plane of the torques in the combustion zone downstream of the outlet face where the oxidant injected by the additional injectors mixes and reacts with the fuel injected by the couples.
  • the additional passage or passages terminate in the outlet face of the block above the first passage or passages. According to another embodiment, the additional passage or passages terminate in the outlet face of the block below the first passage or passages.
  • the block comprises one or more additional passages which terminate in the outlet face at a level situated above the first level and in which or which are at least two and preferably at least three injectors additional for the oxidizer, as well as one or more additional passages which terminate in the outlet face of the block below the first level and in which one or more are at least two and preferably at least three additional injectors for the oxidizer.
  • This embodiment makes it possible to inject, depending on the needs of the process, oxidant in the combustion zone above, below or above and below the gaseous fuel.
  • the invention also relates to an oven comprising an internal combustion zone and equipped with at least one assembly according to the invention for the injection of a gaseous combustion agent chosen from gaseous fuels and gaseous oxidizers in said combustion zone .
  • the at least one assembly can be part of a burner according to the invention, in which case the oven is equipped with at least one burner according to the invention.
  • the present invention can in particular advantageously be implemented in an oven selected from furnaces for manufacturing or reheating glass or enamels, furnaces for manufacturing or recycling or reheating metals such as rotary ovens or aluminum reverberators , copper or lead, cast iron, steel, etc.
  • Another aspect of the present invention is a combustion process in which a gaseous combustion agent chosen from gaseous fuels and oxidizers is injected into a combustion zone by means of an assembly according to the invention, said assembly possibly being part of a burner according to the invention.
  • the pressure detector of each assembly detects the gas pressure or a variation of the gas pressure in the chamber of this assembly
  • the adjustment system of the assembly regulates the flow section of its at least one secondary passage
  • the control system controls the adjustment system so that the flow section of the at least one secondary passage of each assembly is regulated as a function of the pressure or of the pressure variation detected by the pressure detector this set.
  • each assembly can have its own control system connected to the pressure detector and to the system adjustment, the control system controlling the adjustment system so that the flow section of the at least one secondary passage is regulated as a function of the pressure or of the pressure variation detected by the pressure detector of said assembly.
  • a common control system can control the adjustment system of each assembly as a function of the pressure or of the pressure variation detected by the pressure detector of the assembly in question.
  • the adjustment system of the assembly can be controlled so that the gas pressure in the chamber of the assembly is within a predetermined pressure zone or even so that the gas pressure in the chamber of the assembly corresponds to a predetermined value.
  • the gaseous combustion agent injected into the combustion zone by means of the assembly is a gaseous fuel chosen from natural gas, biogas, propane, butane, residual gases from steel or methane reforming processes, l hydrogen or any mixture of the gases mentioned above, or a gaseous oxidizer, preferably having an oxygen content from 21 to 100% vol, preferably greater than 21% vol and in particular at least 80% vol, more preferably at least 90% vol.
  • the process according to the invention is particularly useful for carrying out combustion inside a combustion zone in the context of a process such as the manufacture or recycling of glass or enamels, the manufacture or recycling or reheating of metals such as aluminum, copper, lead, cast iron, steel, etc.
  • the figures 1, 2 , and 3 show a fluid inlet chamber (11).
  • the primary injector (21) is fluidly connected to the chamber (11) by means of a primary passage (23).
  • the secondary injector is fluidly connected to the chamber (11) by means of a secondary passage (24).
  • the secondary passage (24) has an adjustable flow section.
  • An adjustment system (32) makes it possible to adjust this section flow of the secondary passage (24) through a shutter (33).
  • figures 1, 2 and 3 also show a pressure detector (30) for detecting a gas pressure or a variation of gas pressure in the chamber (11) as well as a control system (31) connected to the pressure detector (30).
  • the control system is also connected to and controls the adjustment system (32).
  • the figure 4 schematically represents an assembly comprising three primary injectors (21) each surrounded by its concentric secondary injector (22), a chamber (11).
  • the primary injectors (21) are fluidly connected to the chamber (11) by the primary passages (23).
  • the secondary injectors (22) are fluidly connected to the chamber (11) by the secondary passages (24).
  • the secondary passage has an adjustable flow section.
  • An adjustment system (32) makes it possible to adjust this flow section of the secondary passage (24) by means of a shutter (33).
  • a pressure detector (30) is present for detecting a pressure or a variation in gas pressure in the chamber (11).
  • a control system (31) is connected to the pressure detector (30). This control system is also connected to and controls the adjustment system (32).
  • the burner comprising a block (40) with an inlet face (41) and an outlet face (42) opposite the inlet face, as well as additional injectors (50) for the injection of 'an additional fluid in the combustion zone (1).
  • the automatic adjustment by feedback system according to the present invention can advantageously be implemented in various combustion processes such as the production of glass.
  • Glass furnaces mainly use air preheated to over 1000 ° C as an oxidizer. This hot air is obtained when passing through regenerators (stack of refractory bricks). The volume of oxidizer injected into the oven at this temperature level constitutes a significant amount of movement.
  • burners operating with an oxygen-rich oxidant then appears to be a particularly suitable solution.
  • These burners are generally installed in the openings available near the regenerators.
  • Oxy-combustion i.e. combustion with an oxidizer containing at least 80% vol and preferably at least 90% vol of oxygen
  • oxy flames are very disturbed by the flames, called “aero flames”, coming from regenerators operating with hot air, because of the least amount of movement of the oxy flame.
  • the present invention can advantageously be used in this case by defining a predefined pressure range or a predefined pressure making it possible to ensure an automatic distribution of flow between the primary and secondary injections so as to maximize the pulse of the oxy flame whatever the total fuel flow.
  • the power of an oxy-burner can be 800 kW whereas for a production increase of 8%, the power of an oxy-burner can be 1.8 MW. It has been determined that a pressure of 300 mbarg at the level of the distribution chamber between the two fuel injections makes it possible to ensure a very stable flame both at 800 kW and at 1800 kW. The automatic adjustment according to the invention of the distribution of the fuel as a function of the gas pressure in the chamber when the power varies will thus make it possible to optimize the production costs, to limit the quality defects and to optimize the energy consumption.

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Abstract

Ensemble pour l'injection dans une zone de combustion d'un agent gazeux de combustion, l'ensemble comportant, une chambre (11), au moins un injecteur primaire (21) pour le transport d'un débit primaire de l'agent gazeux de la chambre (11) vers la zone de combustion (1) et pour l'injection dudit débit primaire dans la zone de combustion (1), au moins un injecteur secondaire (22) pour le transport d'un débit secondaire de l'agent de la chambre (11) vers la zone de combustion (1) et pour l'injection dudit débit secondaire dans la zone de combustion (1), un détecteur de pression (30) pour la détection d'une pression gazeuse ou d'une variation de pression gazeuse dans la chambre (11), un système de réglage (31) pour le réglage d'une section d'écoulement du au moins un passage secondaire reliant fluidiquement le au moins un injecteur secondaire (22) à la chambre (11), un système de contrôle (32) relié au détecteur de pression (30) et au système de réglage (31), le système de contrôle (32) pilotant le système de réglage (31) de manière à ce que la section d'écoulement du au moins un passage secondaire est régulée en fonction de la pression ou de la variation de pression détectée par le détecteur de pression (30).

Description

  • La présente invention concerne un ensemble pour l'injection d'un agent de combustion gazeux dans une zone de combustion, un brûleur comportant un tel ensemble et l'utilisation d'un tel ensemble/brûleur dans un procédé de combustion.
  • Dans les procédés industriels de combustion, par exemple afin de transformer une charge (four de fusion, de réchauffage, de recyclage, etc.), on recherche certaines caractéristiques de flamme, en particulier une forme et une longueur de flamme adaptée à l'enceinte de combustion et/ou à la charge que l'on souhaite chauffer, afin d'obtenir un profil de transfert thermique déterminé et d'optimiser la qualité de la production et la durée de vie des équipements.
  • Les caractéristiques de flamme sont notamment déterminées par la nature des agents de combustion (combustible et comburant) et la façon dont ils sont introduits dans la zone de combustion (débits, vitesses, répartition dans l'espace, etc.).
  • Ainsi, de EP-A-0763692 un brûleur est connu qui comporte un premier passage intérieur d'amenée de comburant riche en oxygène (au moins 80% de O2), un passage intermédiaire d'amenée de combustible entourant extérieurement le premier passage d'amenée de comburant et un deuxième passage extérieur d'amenée de comburant entourant extérieurement le passage d'amenée de combustible. Selon EP-A-0763692 , le brûleur comporte un moyen pour faire varier le débit de comburant injecté à travers le premier passage intérieur ce qui permet de contrôler une caractéristique de la flamme telle que la longueur de flamme et la luminosité.
  • De manière analogue, il est connu de EP-A-1016825 d'utiliser un brûleur comportant un premier passage intérieur d'amenée de comburant, un passage intermédiaire d'amenée de combustible entourant extérieurement le premier passage d'amenée de comburant et un deuxième passage extérieur d'amenée de comburant entourant extérieurement le passage d'amenée de combustible pour le chauffage d'un canal de transfert de verre fondu lors de l'élaboration de verre et de régler la longueur de flamme générée au moyen dudit brûleur en modifiant la proportion du débit total de comburant passant par le premier passage d'amenée de comburant.
  • Les brûleurs mentionnés ci-dessus sont des brûleurs avec injection concentrique et adjacente de combustible et comburant générant une flamme de section essentiellement circulaire.
  • D'autres brûleurs génèrent des flammes dites « flammes plates » et/ou injectent au moins une partie du comburant à une distance de l'injection du combustible, voire injectent au moins une partie du combustible à une distance de l'injection du comburant.
  • Ainsi EP-A-2143999 décrit un brûleur comprenant :
    • au moins deux passages de combustible gazeux ;
    • au moins un passage d'oxydant et
    • au moins une surface de sortie dans laquelle le au moins un passage de combustible gazeux ou le au moins un passage d'oxydant se terminent.
  • Ce brûleur connu comprend également :
    • des moyens aptes à fournir un débit d'oxydant, ainsi que des moyens pour l'injection dudit débit d'oxydant dans le au moins un passage d'oxydant et
    • des moyens aptes à fournir au moins un débit de combustible gazeux, ainsi que des moyens pour l'injection de ce débit de combustible gazeux dans les au moins deux passages de combustible gazeux,
    ceci afin de générer au moins un jet d'oxydant et au moins deux jets de combustible gazeux qui se rencontrent dans une zone de combustion en aval du brûleur.
  • Suivant EP-A-2143999 , les au moins deux passages de combustible gazeux comportent chacun un passage intérieur et un passage extérieur coaxial.
  • Un moyen de contrôle d'écoulement de combustible gazeux régule le débit de combustible gazeux à travers respectivement les passages intérieurs et les passages extérieurs au moyen d'un distributeur de combustible gazeux.
  • Ceci permet de contrôler à la fois le profil de transfert thermique et la longueur de flamme.
  • S'il est ainsi connu qu'il est possible de modifier certaines caractéristiques, et notamment la longueur de la flamme générée en ajustant la répartition du débit de combustible ou de comburant sur plusieurs passages/injecteurs concentriques, les brûleurs connus ne comportent aucun moyen de rétroaction permettant d'ajuster le fonctionnement du brûleur et donc la caractéristique visée de la flamme en temps réel.
  • Il a maintenant, de manière surprenante, été découvert qu'il est possible de réaliser un tel système de rétroaction sur la base d'une pression détectée de l'agent de combustion gazeux avant sa répartition.
  • La présente invention concerne un ensemble pour l'injection, dans une zone de combustion, d'un agent gazeux de combustion choisi parmi les combustibles gazeux et les comburants gazeux.
  • L'ensemble comporte une chambre et l'agent est introduit dans l'ensemble par une entrée de cette chambre.
  • L'ensemble comporte au moins un injecteur primaire pour le transport d'un débit primaire de l'agent de la chambre vers la zone de combustion et pour l'injection dudit débit primaire dans la zone de combustion. A cette fin, le au moins un injecteur primaire est fluidiquement relié à la chambre au moyen d'au moins un passage dit passage primaire.
  • L'ensemble comporte aussi au moins un injecteur secondaire pour le transport d'un débit secondaire de l'agent de la chambre vers la zone de combustion et pour l'injection dudit débit secondaire dans la zone de combustion. Le au moins un injecteur secondaire est à son tour fluidiquement relié à la chambre au moyen d'au moins un passage dit passage secondaire. Le au moins un passage secondaire présente une section d'écoulement réglable.
  • Un système de réglage, par exemple sous la forme d'une vanne, permet de régler cette section d'écoulement du au moins un passage secondaire.
  • L'ensemble comporte aussi un détecteur de pression pour la détection d'une pression ou d'une variation de pression gazeuse dans la chambre ainsi qu'un système de contrôle relié au détecteur de pression.
  • Le système de contrôle est également relié à un système de réglage et contrôle ledit système de réglage, de manière à ce que la section d'écoulement du au moins un passage secondaire de l'ensemble est régulée en fonction de la pression ou de la variation de pression détectée par le détecteur de pression de l'ensemble.
  • Suivant une forme de réalisation, le système de contrôle, qui peut être un système de contrôle analogue ou digital, est adapté pour piloter le système de réglage de manière à ce que la pression gazeuse dans la chambre se situe dans une zone de pression prédéterminée par le réglage de la section d'écoulement du au moins un passage secondaire.
  • Suivant encore une forme de réalisation, le système de contrôle est adapté pour piloter le système de réglage de manière à ce que la pression gazeuse dans la chambre corresponde à une valeur prédéterminée par le réglage de la section d'écoulement du au moins un passage secondaire.
  • Il est à noter que la zone ou plage de pression prédéterminée peut être constante dans le temps, mais qu'elle peut également varier dans le temps, par exemple :
    • en fonction des étapes du procédé, tel que par exemple, un procédé de fusion ou un procédé de réchauffage, dans lequel l'ensemble est utilisé, procédé qui peut être cyclique ou non-cyclique,
    • en fonction de la puissance requise dans la zone de combustion ou
    • en fonction d'un paramètre de rétroaction (feedback) autre que la pression dans la chambre de l'ensemble.
  • Les remarques ci-dessus s'appliquent également à la valeur prédéterminée de la pression gazeuse. Comme indiqué ci-dessus, le système de contrôle de l'ensemble peut être un système analogue ou digital. Il peut être mécanique, par exemple pneumatique ou hydraulique. De préférence, le système de contrôle est digital. Suivant une forme de réalisation préférée, le système de contrôle est programmable. Dans ce cas, pour la mise en oeuvre de l'ensemble d'injection suivant l'invention, le système de contrôle est programmé de manière à piloter le système de réglage de manière à actionner le système de réglage en fonction de la pression ou de la variation de pression détectée par le détecteur de pression. La pression gazeuse ou la variation de pression gazeuse détectée par le détecteur de pression est alors transmise vers le système de contrôle programmable : par exemple au moyen d'une connexion câblée ou par une connexion sans fil.
  • Le système de réglage peut comporter différents moyens pour le réglage de la section d'écoulement du au moins un passage secondaire, tels qu'une ou plusieurs vannes ajustables positionnée(s) dans le au moins un passage secondaire entre la chambre et le au moins un injecteur secondaire, ou le mouvement d'un élément mécanique faisant office d'obturateur du au moins un passage secondaire, ce mouvement étant généré par exemple par translation, par rotation (vissage) ou par déformation d'un élément mécanique lié à l'obturateur ou encore par modification de l'état magnétique d'un élément métallique.
  • Suivant une forme de réalisation simple et fiable, le système de réglage est muni d'au moins un obturateur apte à régler la section d'écoulement du au moins un passage secondaire en l'obturant au moins partiellement.
  • Un tel système de réglage peut notamment prendre la forme suivante. Le au moins un passage secondaire reliant le au moins un injecteur secondaire fluidiquement à la chambre présente une surface interne en forme d'entonnoir et le système de réglage comporte un obturateur ayant une surface externe correspondante et pouvant être déplacé le long de l'axe longitudinal du passage secondaire. Quand l'obturateur est ainsi déplacé le long dudit axe longitudinal, la surface externe de l'obturateur se rapproche ou s'éloigne de la surface interne du passage secondaire et la section d'écoulement dudit passage s'en trouve réduite, respectivement agrandie.
  • Il est également à noter qu'il peut être avantageux de concevoir le système de réglage de manière à ce que la section d'écoulement du au moins un passage secondaire n'est jamais entièrement fermée. En effet, afin d'assurer un refroidissement suffisant du au moins un injecteur secondaire et/ou d'éviter le bouchage du au moins un injecteur secondaire (par exemple à cause de dépôts de substances condensables présentes dans l'atmosphère de la zone de combustion ou la formation de suie issue de la surchauffe du combustible gazeux en contact au moins un injecteur secondaire) un écoulement gazeux minimal à travers le au moins un injecteur secondaire peut être nécessaire. Il est toutefois également envisageable d'assurer un tel écoulement gazeux minimal par des moyens autres que le système de réglage défini ci-dessus comme par exemple des passages fluides court-circuitant l'obturateur et de taille réduite afin de simplement assurer ce débit minimum.
  • Les ensembles sont typiquement réalisés en métal, les injecteurs ou au moins les extrémités aval (extrémités d'injection) étant souvent avantageusement réalisés en des métaux à haute résistance à la chaleur et à l'oxydation, tels que les alliages d'aciers austénitiques nickel-chrome de type Inconel® ou des alliages sans nickel de type Kanthal®.
  • L'ensemble suivant l'invention peut plus particulièrement comporter au moins un couple d'un injecteur primaire avec un injecteur secondaire, couple dans lequel l'un de l'injecteur primaire et l'injecteur secondaire entoure l'autre de l'injecteur primaire et l'injecteur secondaire.
  • L'injecteur primaire peut ainsi entourer l'injecteur secondaire ou l'injecteur secondaire peut entourer l'injecteur primaire du couple.
  • Suivant une forme de réalisation avantageuse, l'injecteur primaire du couple est entouré de l'injecteur secondaire du couple.
  • Suivant une forme de réalisation particulière, l'injecteur primaire et l'injecteur secondaire du couple sont concentriques. Toutefois, dans certains cas, un arrangement non-concentrique peut être utile.
  • Il est à noter qu'une telle configuration en couple n'exclut pas la présence d'autres éléments et en particulier la présence d'un ou plusieurs autres injecteurs dans ou autour l'un ou l'autre des injecteurs du couple.
  • Par exemple, suivant une forme de réalisation particulière, le fluide peut être un comburant gazeux, tel qu'un gaz contenant au moins 80%vol et de préférence au moins 90%vol d'oxygène. L'injecteur primaire du couple se situe au centre et est entouré par l'injecteur secondaire du couple, de préférence de manière concentrique. Un injecteur pour l'injection de combustible dans la zone de combustion se situe entre l'injecteur primaire et l'injecteur secondaire du couple, de manière à ce que l'injecteur de combustible entoure l'injecteur primaire de comburant et est entouré de l'injecteur secondaire de comburant, l'ensemble fait ainsi partie d'un brûleur pour la combustion (au moins partielle) du combustible avec le comburant et dans lequel la section d'écoulement de l'injecteur secondaire et donc également la répartition du comburant entre le débit primaire et le débit secondaire sont réglées par le système de contrôle au moyen du système de réglage en fonction de la pression gazeuse ou la variation de pression gazeuse dans la chambre de l'ensemble détectée par le détecteur de pression.
  • Suivant une autre forme de réalisation analogue, le fluide est un combustible gazeux, tel que le gaz naturel. L'injecteur primaire du couple se situe au centre et est entouré par l'injecteur secondaire, de préférence de manière concentrique. Un injecteur pour l'injection de comburant dans la zone de combustion se situe entre l'injecteur primaire et l'injecteur secondaire du couple, de manière à ce que l'injecteur de comburant entoure l'injecteur primaire de combustible et est entouré de l'injecteur secondaire de combustible. Le comburant est de préférence gaz contenant au moins 80%vol et encore de préférence au moins 90%vol d'oxygène. L'ensemble fait ainsi partie d'un brûleur pour la combustion (au moins partiel) du combustible avec le comburant et dans lequel la section d'écoulement de l'injecteur secondaire et donc également la répartition du combustible entre le débit primaire et le débit secondaire de combustible sont réglées par le système de contrôle au moyen du système de réglage en fonction de la pression gazeuse ou la variation de pression gazeuse dans la chambre de l'ensemble détectée par le détecteur de pression.
  • L'ensemble suivant l'invention peut comporter un seul injecteur primaire et un seul injecteur secondaire et en particulier un seul couple d'un injecteur primaire avec un injecteur secondaire. Suivant une forme de réalisation alternative, l'ensemble suivant l'invention comporte plusieurs injecteurs primaires et/ou plusieurs injecteurs secondaires et en particulier plusieurs couples d'un injecteur primaire avec un injecteur secondaire.
  • Suivant un mode de réalisation particulier, le au moins un injecteur secondaire de l'ensemble est espacé du au moins un injecteur primaire de l'ensemble sans que le au moins un injecteur primaire de l'ensemble entoure un injecteur secondaire de l'ensemble et sans que le au moins un injecteur secondaire de l'ensemble entoure un injecteur primaire de l'ensemble.
  • Dans ce cas, le au moins un injecteur primaire peut notamment s'étendre dans un premier plan, tandis que le au moins un injecteur secondaire s'étend dans un second plan, le second plan étant parallèle au premier plan. De cette manière, il est possible d'injecter le débit primaire et le débit secondaire de l'agent gazeux de combustion dans la zone de combustion selon deux plans parallèles.
  • Suivant une forme de réalisation alternative, le au moins un injecteur primaire s'étend dans un premier plan et le au moins un injecteur secondaire s'étend dans un second plan, le premier plan et le deuxième plan se coupant en aval desdits injecteurs primaires et secondaires, c'est-à-dire à l'intérieur de la zone de combustion dans lequel l'agent gazeux de combustion est injecté.
  • L'ensemble suivant l'invention peut comporter au moins deux injecteurs primaires et/ou au moins deux injecteurs secondaires, de préférence au moins deux injecteurs primaires et au moins deux injecteurs secondaires. Ceci est notamment avantageux dans le cas où, comme décrit ci-dessus, le au moins un injecteur primaire s'étend dans un premier plan et le au moins un injecteur secondaire s'étend dans un second plan différent du premier plan.
  • Pour l'injection de l'agent gazeux dans la zone de combustion, l'entrée de l'ensemble, qui est également l'entrée de la chambre de l'ensemble, est fluidiquement reliée à une source de combustible gazeux, de préférence à une source de combustible gazeux choisi parmi le gaz naturel, le biogaz, le propane, le butane, les gaz résiduels de procédés sidérurgiques ou de reformage du méthane, l'hydrogène, tout mélange desdits combustibles gazeux, ou à une source d'un comburant gazeux, ayant de préférence une teneur en oxygène de 21 à 100%vol, de préférence supérieure à 21%vol et notamment d'au moins 80%vol, encore de préférence au moins 90%vol.
  • Une telle source peut être un réservoir de l'agent gazeux sous forme gazeuse ou sous forme liquéfiée, un conduit d'alimentation transportant ledit agent gazeux ou un générateur dudit agent gazeux.
  • L'invention concerne également une installation comportant plusieurs ensembles suivant l'une quelconque des formes de réalisation décrites ci-dessus. Dans ce cas, il peut être préférable que cette installation comporte un système de contrôle commun apte à piloter, préférentiellement indépendamment, le système de réglage de chaque ensemble de l'installation en fonction de la pression gazeuse ou la variation de pression gazeuse détectée par le détecteur de pression dudit ensemble.
  • Comme indiqué ci-dessus, l'ensemble peut être incorporé dans un brûleur.
  • Un tel brûleur suivant l'invention comprend donc un ensemble suivant l'une quelconque des formes de réalisation ci-dessus pour l'injection dans une zone de combustion d'un agent gazeux de combustion choisi parmi un combustible gazeux et un comburant gazeux.
  • Un tel brûleur comporte typiquement également au moins un injecteur additionnel pour l'injection d'un fluide additionnel dans la zone de combustion. En règle générale, quand l'agent gazeux injecté par l'ensemble est un combustible gazeux, le au moins un injecteur additionnel est adapté pour l'injection d'un comburant gazeux dans la zone de combustion et quand l'agent gazeux injecté par l'ensemble est un comburant gazeux, le au moins un injecteur additionnel est adapté pour l'injection d'un combustible (gazeux ou non-gazeux) dans la zone de combustion.
  • Suivant une forme de réalisation, le brûleur comporte un bloc avec une face d'entrée et une face de sortie à l'opposé de la face d'entrée. La zone de combustion se trouve en aval de la face de sortie.
  • Contrairement à l'ensemble, le bloc est typiquement réalisé en matériau réfractaire, tel qu'un ciment, ou un matériau de type électrofondu, ou un matériau pressé, composé principalement d'alumine et/ou de zircone et/ou de silice et/ou de magnésie ou d'un mélange de ces composants dans des proportions variées en fonction du procédé d'application.
  • L'ensemble est alors attaché à la face d'entrée du bloc de manière à ce que les injecteurs du brûleur, et donc aussi les injecteurs de l'ensemble, se positionnent dans une ou plusieurs perforations qui traversent le bloc de la face d'entrée jusqu'à la face de sortie.
  • Ainsi, un brûleur suivant l'invention peut, par exemple comporter un tel bloc avec une ou plusieurs premières perforations qui se terminent à un premier niveau dans la face de sortie du bloc ainsi qu'une ou plusieurs perforations additionnelles qui se terminent dans la face de sortie à un deuxième niveau situé en-dessous ou au-dessus du premier niveau. L'ensemble comporte au moins deux et de préférence au moins trois injecteurs primaires et injecteurs secondaires pour le transport et l'injection de combustible gazeux dans la zone de combustion. Chacun des injecteurs primaires forme un couple avec un des injecteurs secondaires. Suivant une forme de réalisation, chacun des injecteurs primaires entoure un des injecteurs secondaires. Suivant une forme de réalisation préférée, chacun des injecteurs secondaires entoure un des injecteurs primaires. Ces couples, par exemple en triples exemplaires, se positionnent dans la ou les premières perforations qui se terminent au premier niveau. Le brûleur comporte également plusieurs injecteurs additionnels pour le transport et l'injection de comburant dans la zone de combustion. Lesdits injecteurs additionnels se positionnent dans le ou les passages additionnels du bloc de manière à permettre l'injection de comburant dans la zone de combustion au-dessus ou en-dessous le combustible gazeux. Les injecteurs additionnels peuvent s'étendre dans un plan parallèle au plan des couples d'un injecteur primaire avec un injecteur secondaire. Suivant une autre forme de réalisation, les injecteurs additionnels peuvent définir un plan d'injection du comburant qui coupe le plan des couples dans la zone de combustion en aval de la face de sortie où le comburant injecté par les injecteurs additionnels se mélange et réagit avec le combustible injecté par les couples.
  • Comme déjà indiqué ci-dessus, d'autres et en particulier un ou plusieurs injecteurs autres due l'injecteur primaire et l'injecteur secondaire du couple peuvent être présents dans ou autour l'un ou l'autre de l'injecteur primaire et l'injecteur secondaire du couple.
  • Suivant une première forme de réalisation, le ou les passages additionnels se terminent dans la face de sortie du bloc au-dessus du ou des premiers passages. Suivant une autre forme de réalisation, le ou les passages additionnels se terminent dans la face de sortie du bloc en-dessous du ou des premiers passages.
  • Suivant une troisième forme de réalisation, le bloc comporte un ou plusieurs passages additionnels qui se terminent dans la face de sortie à un niveau situé au-dessus du premier niveau et dans lequel ou lesquels se trouvent au moins deux et de préférence au moins trois injecteurs additionnels pour le comburant, ainsi qu'un ou plusieurs passages additionnels qui se terminent dans la face de sortie du bloc en-dessous du premier niveau et dans lequel ou lesquels se trouvent également au moins deux et de préférence au moins trois injecteurs additionnels pour le comburant. Cette forme de réalisation permet d'injecter, selon les besoins du procédé, du comburant dans la zone de combustion au-dessus, en-dessous ou au-dessus et en dessous du combustible gazeux.
  • L'invention concerne aussi un four comportant une zone de combustion interne et équipé d'au moins un ensemble suivant l'invention pour l'injection d'un agent gazeux de combustion choisi parmi les combustibles gazeux et les comburants gazeux dans ladite zone de combustion. Comme indiqué ci-dessus, le au moins un ensemble peut faire partie d'un brûleur suivant l'invention, auquel cas le four est équipé d'au moins un brûleur suivant l'invention.
  • La présente invention peut notamment avantageusement être mise en oeuvre dans un four sélectionné parmi les fours de fabrication ou réchauffage de verre ou d'émaux, les fours de fabrication ou de recyclage ou de réchauffage de métaux tels que les fours rotatifs ou réverbères d'aluminium, de cuivre ou de plomb, de fonte, d'acier, etc.
  • Un autre aspect de la présente invention est un procédé de combustion dans lequel un agent gazeux de combustion choisi parmi les combustibles gazeux et les comburants est injecté dans une zone de combustion au moyen d'un ensemble suivant l'invention, ledit ensemble pouvant faire partie d'un brûleur suivant l'invention.
  • Selon ce procédé, le détecteur de pression de chaque ensemble détecte la pression gazeuse ou une variation de la pression gazeuse dans la chambre de cet ensemble, le système de réglage de l'ensemble régule la section d'écoulement de son au moins un passage secondaire, et le système de contrôle pilote le système de réglage de manière à ce que la section d'écoulement du au moins un passage secondaire de chaque ensemble est régulée en fonction de la pression ou de la variation de pression détectée par le détecteur de pression de cet ensemble.
  • Comme déjà décrit ci-dessus dans le contexte de l'installation et du four suivant l'invention, dans le cas où plusieurs ensembles sont utilisés dans le procédé, chaque ensemble peut avoir son propre système de contrôle relié au détecteur de pression et au système de réglage, le système de contrôle pilotant le système de réglage de manière à ce que la section d'écoulement du au moins un passage secondaire est régulée en fonction de la pression ou de la variation de pression détectée par le détecteur de pression dudit ensemble. De manière souvent avantageuse, toutefois, un système de contrôle commun peut piloter le système de réglage de chaque ensemble en fonction de la pression ou de la variation de pression détectée par le détecteur de pression de l'ensemble en question.
  • Comme également déjà indiqué précédemment, le système de réglage de l'ensemble peut être piloté de manière à ce que la pression gazeuse dans la chambre de l'ensemble se situe dans une zone de pression prédéterminée ou encore de manière à ce que la pression gazeuse dans la chambre de l'ensemble corresponde à une valeur prédéterminée.
  • L'agent gazeux de combustion injecté dans la zone de combustion au moyen de l'ensemble est un combustible gazeux choisi parmi le gaz naturel, le biogaz, le propane, le butane, les gaz résiduels de procédés sidérurgiques ou de reformage du méthane, l'hydrogène ou tout mélange des gaz mentionnés précédemment, ou un comburant gazeux, ayant de préférence une teneur en oxygène de 21 à 100%vol, de préférence supérieure à 21%vol et notamment d'au moins 80%vol, encore de préférence au moins 90%vol.
  • Le procédé suivant l'invention est notamment utile pour réaliser une combustion à l'intérieur d'une zone de combustion dans le contexte d'un procédé tel que la fabrication ou recyclage de verre ou d'émaux, la fabrication ou recyclage ou réchauffage de métaux tels que l'aluminium, le cuivre, le plomb, la fonte, l'acier, etc.
  • L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lumière des exemples suivants : (référence étant faite aux figures 1 à 5) dans lesquelles :
    • la figure 1 représente schématiquement un ensemble comportant un injecteur primaire (21) avec un injecteur secondaire (22) concentriques, l'injecteur secondaire (22) entourant l'injecteur primaire (21) ;
    • la figure 2 représente schématiquement un ensemble comportant un injecteur primaire (21) avec un injecteur secondaire (22) concentriques, l'injecteur primaire (21) entourant l'injecteur secondaire (22) ;
    • la figure 3 représente schématiquement un ensemble comportant un injecteur primaire (21) avec un injecteur secondaire (22) non concentriques, séparés par une distance,
    • les figures 4 et 5 représentent schématiquement deux vues de l'ensemble incorporé dans un brûleur pour l'injection dans une zone de combustion (1) d'un agent gazeux de combustion.
  • Les figures 1, 2, et 3 montrent une chambre (11) d'entrée du fluide. L'injecteur primaire (21) est fluidiquement relié à la chambre (11) au moyen d'un passage primaire (23). L"injecteur secondaire est fluidiquement relié à la chambre (11) au moyen d'un passage secondaire (24). Le passage secondaire (24) présente une section d'écoulement réglable. Un système de réglage (32) permet de régler cette section d'écoulement du passage secondaire (24) grâce à un obturateur (33). Les figures 1, 2 et 3 montrent également un détecteur de pression (30) pour la détection d'une pression gazeuse ou d'une variation de pression gazeuse dans la chambre (11) ainsi qu'un système de contrôle (31) relié au détecteur de pression (30). Le système de contrôle est également relié au et pilote le système de réglage (32).
  • La figure 4 représente schématiquement un ensemble comportant trois injecteurs primaires (21) entourés chacun de son injecteur secondaire (22) concentrique, une chambre (11).
  • Les injecteurs primaires (21) sont fluidiquement reliés à la chambre (11) par les passages primaires (23). Les injecteurs secondaires (22) sont fluidiquement reliés à la chambre (11) par les passages secondaires (24). Le passage secondaire présente une section d'écoulement réglable. Un système de réglage (32) permet de régler cette section d'écoulement du passage secondaire (24) grâce à un obturateur (33). Un détecteur de pression (30) est présent pour la détection d'une pression ou d'une variation de pression gazeuse dans la chambre (11). Un système de contrôle (31) est relié au détecteur de pression (30). Ce système de contrôle est également relié au et pilote le système de réglage (32).
  • Dans les figures 4 et 5, le brûleur comportant un bloc (40) avec une face d'entrée (41) et une face de sortie (42) à l'opposé de la face d'entrée, ainsi que des injecteurs additionnels (50) pour l'injection d'un fluide additionnel dans la zone de combustion (1).
  • Le réglage automatique par système de rétroaction suivant la présente invention peut avantageusement être mis en oeuvre dans différents procédés de combustion comme la production de verre.
  • Les fours de production de verre utilisent principalement de l'air préchauffé à plus de 1000°C comme comburant. Cet air chaud est obtenu au passage à travers des régénérateurs (empilement de briques réfractaires). Le volume de comburant injecté dans le four à ce niveau de température constitue une quantité de mouvement importante.
  • Au cours de la campagne d'un four, il peut s'avérer nécessaire d'augmenter la production au-delà de la capacité des régénérateurs qui ne peuvent fournir une quantité plus importante d'air chaud à cause de la limitation de la tirée des ventilateurs. Un problème similaire se présente quand l'état des briques ne permettant pas ou plus d'obtenir les températures de préchauffage voulues.
  • L'installation de brûleusr opérant avec un comburant riche en oxygène (oxy-brûleur) apparaît alors comme une solution particulièrement adaptée. Ces brûleurs sont généralement installés dans les ouvertures disponibles près des régénérateurs. L'oxy-combustion (c'est-à-dire la combustion avec un comburant contenant au mons 80%vol et de préférence au moins 90%vol d'oxygèner) générant un volume de fumées 4 fois plus faible que la combustion à l'air et avec une efficacité au moins équivalente, les flammes issues des oxy-brûleurs (ci-après « flammes oxy » sont très perturbées par les flammes, dit « flammes aéro », issues des régénérateurs opérant à l'air chaud, du fait de la plus faible quantité de mouvement des flammes oxy. Ces perturbations peuvent créer des interférences de la flamme oxy avec la matière solide en fusion et des imbrûlés et ainsi des problèmes de qualité du verre ou d'efficacité énergétique. Ces problèmes sont d'autant plus important lorsque la puissance (et donc les débits des agents de combustion) des oxy-brûleurs est réduite pour des phases d'augmentation de production plus faibles. Il est donc primordial de maximiser l'impulsion ou quantité de mouvement des flammes oxy dans toute la gamme de puissance des oxy-brûleurs.
  • Des systèmes comme ceux décrit dans le document EP 2143999 permettent un réglage manuel du débit de combustible gazeux entre deux injections (primaires et secondaires) afin de maximiser l'impulsion du combustible et ainsi garantir la stabilité de la flamme de l'oxy-brûleur. Néanmoins ces systèmes manuels requièrent un ajustement constant de la part des opérateurs de la répartition des fluides, sans pouvoir facilement évaluer en temps réel l'impact de ces réglages sur le procédé. Pour éviter ces réglages et tous problèmes de qualité, les opérateurs règlent le plus souvent la puissance sur les brûleurs air (régénérateur) entrainant une surconsommation d'oxygène et une augmentation des coûts de production.
  • La présente invention peut avantageusement être utilisé dans ce cas en définissant une plage de pression prédéfinie ou une pression prédéfinie permettant d'assurer une répartition automatique de débit entre les injections primaires et secondaires de façon à maximiser l'impulsion de la flamme oxy quel que soit le débit total de combustible.
  • Par exemple, dans le cas d'une augmentation de production de 4%, la puissance d'un oxy-brûleur peut être de 800 kW alors que pour une augmentation de production de 8%, la puissance d'un oxy-brûleur peut être de 1,8 MW. Il a été déterminé qu'une pression de 300 mbarg au niveau de la chambre de distribution entre les deux injections de combustibles permet d'assurer une flamme très stable aussi bien à 800 kW qu'à 1800 kW. Le réglage automatique suivant l'invention de la distribution du combustible en fonction de la pression gazeuse dans la chambre lorsque la puissance varie permettra ainsi d'optimiser les coûts de production, de limiter les défauts de qualité et d'optimiser la consommation énergétique.

Claims (15)

  1. Ensemble pour l'injection dans une zone de combustion d'un agent gazeux de combustion choisi parmi les combustibles gazeux et les comburants gazeux, l'ensemble comportant :
    • une chambre (11) ayant une entrée par laquelle l'agent est introduit dans l'ensemble,
    • au moins un injecteur primaire (21) pour le transport d'un débit primaire de l'agent de la chambre (11) vers la zone de combustion (1) et pour l'injection dudit débit primaire dans la zone de combustion (1), ledit au moins un injecteur primaire étant fluidiquement relié à la chambre (11) au moyen d'au moins un passage primaire (23),
    • au moins un injecteur secondaire (22) pour le transport d'un débit secondaire de l'agent de la chambre (11) vers la zone de combustion (1) et pour l'injection dudit débit secondaire dans la zone de combustion, ledit au moins un injecteur secondaire étant fluidiquement relié à la chambre au moyen d'au moins un passage secondaire (24),
    ledit ensemble comportant également :
    • un détecteur de pression (30) pour la détection d'une pression gazeuse ou d'une variation de pression gazeuse dans la chambre,
    • un système de réglage (31) pour le réglage d'une section d'écoulement du au moins un passage secondaire, et
    • un système de contrôle (32) relié au détecteur de pression et au système de réglage, le système de contrôle pilotant le système de réglage de manière à ce que la section d'écoulement du au moins un passage secondaire est régulée en fonction de la pression ou de la variation de pression détectée par le détecteur de pression.
  2. Ensemble suivant la revendication 1, dans lequel le système de contrôle pilote le système de réglage de manière à ce que la pression gazeuse dans la chambre se situe dans une zone de pression prédéterminée ou de manière à ce que la pression gazeuse dans la chambre correspond à une valeur prédéterminée par le réglage de la section d'écoulement du au moins un passage secondaire.
  3. Ensemble suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système de réglage est muni d'au moins un obturateur (33) apte à régler la section d'écoulement du au moins un passage secondaire.
  4. Ensemble suivant l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un couple d'un injecteur primaire avec un injecteur secondaire, couple dans lequel l'un de l'injecteur primaire et l'injecteur secondaire entoure l'autre de l'injecteur primaire et l'injecteur secondaire.
  5. Ensemble suivant l'une quelconque des revendications, comportant au moins deux injecteurs primaires et/ou au moins deux injecteurs secondaires, de préférence au moins deux injecteurs primaires et au moins deux injecteurs secondaires.
  6. Installation comportant plusieurs ensembles suivant l'une quelconque des revendications précédentes, l'installation comportant de préférence un système de contrôle commun qui est relié aux détecteur de pression de chaque ensemble et qui est apte à piloter le système de réglage de chaque ensemble en fonction de la pression gazeuse ou de la variation de pression gazeuse détectée par le détecteur de pression dudit l'ensemble.
  7. Brûleur comprenant un ensemble suivant l'une quelconque des revendications précédentes pour l'injection dans une zone de combustion d'un agent gazeux de combustion choisi parmi un combustible gazeux et un comburant gazeux et au moins un injecteur additionnel pour l'injection d'un fluide additionnel dans la zone de combustion.
  8. Brûleur suivant la revendication 7, comprenant un bloc (40) avec une face d'entrée (41) et une face de sortie (42) à l'opposé de la face d'entrée (41), brûleur dans lequel l'ensemble est attaché à la face d'entrée (41) du bloc (40) de manière à ce que les injecteurs du brûleur se positionnent dans un ou plusieurs perforations traversant le bloc de la face d'entrée jusqu'à la face de sortie.
  9. Brûleur suivant la revendication 8, dans lequel les injecteurs primaires et secondaires de l'ensemble forment des couples d'un injecteur primaire avec un injecteur secondaire, les couples étant positionnés dans au moins une première perforation du bloc (40) et le au moins un injecteur additionnel étant positionné dans au moins une perforation additionnelle du bloc (40).
  10. Brûleur suivant la revendication 9, comportant au moins deux couples et au moins deux injecteurs additionnels, dans lequel les couples définissent un premier plan d'injection du fluide et dans lequel les injecteurs définissent un deuxième plan d'injection du fluide additionnel différent du premier plan, le deuxième plan étant parallèle au premier plan ou orienté de manière à couper le premier plan dans la zone de combustion en aval de la face de sortie (42).
  11. Four comportant une zone de combustion interne et comportant au moins un ensemble suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5 pour l'injection d'un agent gazeux de combustion choisi parmi les combustibles gazeux et les comburants gazeux dans la zone de combustion interne du four, le au moins un ensemble faisant optionnellement partie d'un brûleur suivant l'une quelconque des revendications 7 à 10.
  12. Four suivant la revendication 11 comportant plusieurs ensembles, le four comportant de préférence un système de contrôle commun qui est relié aux détecteur de pression de chaque ensemble et qui est apte à piloter le système de réglage de chaque ensemble en fonction de la pression gazeuse ou de la variation de pression gazeuse détectée par le détecteur de pression dudit l'ensemble.
  13. Procédé de combustion dans lequel un agent gazeux de combustion choisi parmi les combustibles gazeux et les comburants est injecté dans une zone de combustion au moyen d'un ensemble suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, ledit ensemble faisant optionnellement partie d'un brûleur suivant l'une quelconque des revendications 7 à 10, procédé dans lequel :
    • le détecteur de pression de l'ensemble détecte la pression gazeuse dans la chambre de l'ensemble,
    • le système de réglage de l'ensemble régule la section d'écoulement du au moins un passage secondaire, et
    • le système de contrôle de l'ensemble pilote le système de réglage de l'ensemble de manière à ce que la section d'écoulement du au moins un passage secondaire est régulée en fonction de la pression ou de la variation de pression détectée par le détecteur de pression de l'ensemble.
  14. Procédé suivant la revendication 13, dans lequel le système de contrôle pilote le système de réglage de manière à ce que la pression gazeuse dans la chambre se trouve dans une zone de pression prédéterminée ou de manière à ce que la pression gazeuse dans la chambre de l'ensemble correspond à une valeur prédéterminée par le réglage de la section d'écoulement du au moins un passage secondaire de l'ensemble.
  15. Procédé suivant l'une des revendications 13 et 14, dans lequel l'agent gazeux de combustion est un combustible gazeux choisi parmi le gaz naturel, le biogaz, le propane, le butane, les gaz résiduels de procédés sidérurgiques ou de reformage du méthane, l'hydrogène ou tout mélange d'au moins deux de ces combustibles gazeux ou un comburant gazeux ayant une teneur en oxygène de 21 à 100%vol, de préférence supérieure à 21%vol et notamment d'au moins 80%vol, encore de préférence au moins 90%vol.
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