FR3141691A1 - Procédé de fabrication de fibres minérales par centrifugation à basse émission en dioxyde de carbone - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de fabrication de fibres minérales par une installation comprenant un brûleur annulaire, le brûleur comprenant une chambre de combustion et une tuyère, la tuyère reliant la chambre de combustion à l’extérieur du brûleur, une assiette de fibrage adaptée pour former des filaments du matériau thermoplastique à partir par centrifugation, le procédé comprenant au moins une étape d’injection d’un premier fluide dans la chambre de combustion à un premier débit, le premier fluide comprenant un combustible, le combustible comprenant du dihydrogène, une fraction volumique en dihydrogène dans le premier fluide étant supérieure à 0,05. Fig 2
Description
La présente invention concerne un procédé de fabrication de fibres minérales par centrifugation interne et une installation adaptée à la mise en œuvre de ce procédé. Le procédé peut être notamment appliqué à la fabrication industrielle de laine de verre.
Il est connu de fabriquer une laine minérale par un procédé de centrifugation interne. En référence à la , le document FR305767 décrit une installation 2 connue pour la fabrication de fibres minérales 1 par centrifugation interne comprenant une assiette 6 de fibrage, un panier 16 et un arbre 17 agencé selon un axe principal X. L’arbre 17 est configuré pour être entraîné en rotation par un moteur non représenté. L’arbre 17 est creux, de sorte à former une conduite 18 dans laquelle peut s’écouler un matériau thermoplastique fondu. Le matériau thermoplastique est de préférence du verre. L’installation 2 est configurée pour être agencée de sorte que l’axe principal X est vertical dans un référentiel terrestre et que le matériau thermoplastique peut être versé dans la conduite 18 pour tomber dans le panier 16. La conduite 18 est reliée fluidiquement à une alimentation en matériau thermoplastique fondu à l’une de ses extrémités. L’assiette 6 et le panier 16 sont montés fixes à l’autre extrémité de l’arbre par l’intermédiaire d’une tulipe 19.
L’assiette 6 comprend une première paroi 20 annulaire et un voile 21. La première paroi 20 annulaire est percée par une pluralité d’orifices 7. Le voile 21 est agencé entre la première paroi 20 annulaire et la tulipe 19. Le voile 21 forme une partie supérieure de l’assiette 6. Un diamètreD a de l’assiette est défini comme étant égal au double d’un rayonR a de l’assiette 6. Le rayonR a est défini par la distance entre l’axe principal X et un point A de la première paroi 20 le plus éloigné de l’axe principal X.
Le panier 16 comprend une deuxième paroi 22 annulaire. La deuxième paroi 22 annulaire est percée par une pluralité d’orifices. Un diamètreD p du panier 16 est défini comme étant égal au double d’un rayonR p du panier 16. Le rayonR p est défini par la distance entre l’axe principal X et un point B de la deuxième paroi 22 le plus éloigné de l’axe principal X. Le panier est monté à l’intérieur de l’assiette de fibrage.
Lors de la fabrication de fibres minérales 1 par l’installation 2, l’arbre 17, l’assiette 6 de fibrage et le panier 16 sont entraînés de manière solidaire en rotation autour de l’axe principal X. Le matériau thermoplastique fondu est versé dans la conduite 18 de l’arbre 17 depuis l’alimentation en matériau thermoplastique et s’écoule dans la conduite 18 jusqu’au panier 16. Le matériau est projeté sur la deuxième paroi 22 annulaire par une centrifugation entraînée par l’ensemble de l’arbre 17, de l’assiette 6 de fibrage et du panier 16. Le matériau s’écoule ensuite dans la pluralité d’orifices de la deuxième paroi 22 annulaire avant d’être projeté sur la première paroi annulaire 20. Le matériau s’écoule ensuite dans la pluralité d’orifices 7 de la première paroi 20 annulaire de sorte à former des filaments 8 du matériau.
Lors de la projection du matériau sur la première paroi 20 annulaire, une réserve de matériau est formée dans l’assiette 6 de fibrage. La réserve permet d’alimenter de manière continue la pluralité d’orifices 7 de la première paroi 20 pour former les filaments 8.
L’installation 2 comprend un brûleur 3 annulaire. Le brûleur 3 annulaire est configuré pour générer un écoulement gazeux d’étirage permettant d’étirer les filaments 8 fabriqués en sortie des orifices 8 de la première paroi 20. Le brûleur 3 présente un axe de symétrie confondu avec l’axe principal X de l’arbre 17. Le brûleur 3 présente une sortie gazeuse agencée au-dessus de la première paroi 20 annulaire. L’écoulement gazeux d’étirage sortant du brûleur 3 présente une direction tangentielle à la première paroi 20. L’écoulement gazeux d’étirage permet de chauffer à la fois la première paroi 20 et les filaments 8 qui se forment en sortie des orifices 8 de la première paroi 20. Sous l’action de l’écoulement gazeux d’étirage, les filaments 8 s’étirent, puis rompent de sorte à former des fibres minérales 1. Les fibres minérales 1 sont ensuite collectées sous l’assiette 6.
En référence au document WO 03/069226, l’écoulement gazeux d’étirage est produit par une combustion dans le brûleur 3 annulaire. Le brûleur 3 annulaire peut comprendre une chambre de combustion 4 et une tuyère 5. La tuyère 5 relie la chambre de combustion à l’extérieur du brûleur 3. La chambre de combustion 4 est alimentée en comburant et en combustible. La réaction de combustion est initiée dans la chambre de combustion. Le méthane est typiquement utilisé comme combustible. L’air est typiquement utilisé comme comburant. La réaction de combustion décrite précédemment permet à la fois de maintenir un écoulement gazeux d’étirage présentant une température d’étirage suffisante au niveau des lèvres 11 de la tuyère 5, par exemple entre 1100 °C et 1600 °C et à la fois de maintenir un débit gazeux suffisant pour étirer les filaments 8, par exemple compris entre 5000 m³/heure et 8000 m³/heure.
Cependant, la réaction de combustion décrite précédemment produit du dioxyde de carbone en très grande quantité et peut produire de l’oxyde d’azote, des oxydes de soufre, du monoxyde de carbone, et des hydrocarbures non consommés par la réaction. Il est pourtant désirable de réduire la production de tels éléments pour des motifs sanitaires et/ou environnementaux.
Un but de l’invention est de proposer une solution pour diminuer la quantité de dioxyde de carbone produite au regard d’une installation pour la production de fibres minérales connue pour une quantité de fibres minérales produites équivalentes.
Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un procédé de fabrication de fibres minérales par une installation comprenant :
- un brûleur annulaire, le brûleur comprenant une chambre de combustion et une tuyère, la tuyère reliant la chambre de combustion à l’extérieur du brûleur,
- une assiette de fibrage présentant des orifices, adaptée pour recevoir un matériau thermoplastique fondu, notamment un matériau minéral, préférentiellement du verre, et adaptée pour former des filaments du matériau thermoplastique à partir des orifices par centrifugation de l’assiette,
le procédé comprenant au moins :
- une première étape de fabrication des filaments,
- une deuxième étape d’injection d’un premier fluide dans la chambre de combustion à un premier débit, le premier fluide comprenant un combustible, le combustible comprenant du dihydrogène, une fraction volumique en dihydrogène dans le premier fluide étant supérieure à 0,05,
- une troisième étape d’injection d’un deuxième fluide dans la chambre de combustion à un deuxième débit, le deuxième fluide présentant une fraction volumique d’oxygène supérieure à 0,10,
- une quatrième étape de combustion du combustible et de l’oxygène introduits dans la chambre de combustion lors de la deuxième étape et de la troisième étape,
- une cinquième étape d’étirage des filaments, la tuyère étant agencée de sorte que des composés contenus dans la chambre de combustion suite à la combustion de la quatrième étape sont évacués par la tuyère en dehors du brûleur puis étirent les filaments fabriqués lors de la première étape de sorte à former les fibres minérales.
- un brûleur annulaire, le brûleur comprenant une chambre de combustion et une tuyère, la tuyère reliant la chambre de combustion à l’extérieur du brûleur,
- une assiette de fibrage présentant des orifices, adaptée pour recevoir un matériau thermoplastique fondu, notamment un matériau minéral, préférentiellement du verre, et adaptée pour former des filaments du matériau thermoplastique à partir des orifices par centrifugation de l’assiette,
le procédé comprenant au moins :
- une première étape de fabrication des filaments,
- une deuxième étape d’injection d’un premier fluide dans la chambre de combustion à un premier débit, le premier fluide comprenant un combustible, le combustible comprenant du dihydrogène, une fraction volumique en dihydrogène dans le premier fluide étant supérieure à 0,05,
- une troisième étape d’injection d’un deuxième fluide dans la chambre de combustion à un deuxième débit, le deuxième fluide présentant une fraction volumique d’oxygène supérieure à 0,10,
- une quatrième étape de combustion du combustible et de l’oxygène introduits dans la chambre de combustion lors de la deuxième étape et de la troisième étape,
- une cinquième étape d’étirage des filaments, la tuyère étant agencée de sorte que des composés contenus dans la chambre de combustion suite à la combustion de la quatrième étape sont évacués par la tuyère en dehors du brûleur puis étirent les filaments fabriqués lors de la première étape de sorte à former les fibres minérales.
La présente invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en l’une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles :
- lors de la quatrième étape, une pressionP B dans la chambre de combustion est comprise entre 1961 Pa (200 mm CE) et 7845 Pa (800 mm CE), notamment entre 4413 Pa (450 mm CE) et 7355 Pa (750 mm CE) et préférentiellement entre 5394 Pa (550 mm CE) et 6374 Pa (650 mm),
– l’assiette présente un diamètreD A , la tuyère présente une section de diamètreD T , et une quantité de mouvement moyenne des composés au travers de la section de la tuyère lors de la cinquième étape est comprise entre 2π.D T . 1961.( D A + D T )et 2π.D T .7354.( D A + D T ), notamment comprise entre 2π.D T .4413.( D A + D T )et 2π.D T .7355.( D A + D T )et préférentiellement comprise entre 2π.D T .5393.( D A + D T )et 2π.D T .6374.( D A + D T ) ,
– une richesse φ d’un ensemble formé par un mélange du premier fluide et du deuxième fluide dans la chambre de combustion est comprise entre 0,40 et 0,90, notamment comprise entre 0,50 et 0,80 et de préférence comprise entre 0,60 et 0,70,
- le combustible comprend un composé organique et préférentiellement du méthane,
- une lèvre définit une limite entre la tuyère et l’extérieur du brûleur, et, lors de la quatrième étape, une température mesurée sur la lèvre est comprise entre 1100 °C et 1600 °C, notamment entre 1200 °C et 1550 °C et préférentiellement entre 1300 °C et 1550 °C,
- une composition du premier fluide et une composition du deuxième fluide définissent une vitesse de flammeS f lors de la quatrième étape de combustion, et le premier fluide et le deuxième fluide sont mélangés, de préférence dans le brûleur, avant d’être introduits dans la chambre de combustion de sorte à former un mélange, le mélange étant injecté dans la chambre de combustion lors de la deuxième étape et lors de la troisième étape, la vitesse moyenneUdu mélange lors de l’injection du mélange dans la chambre de combustion étant supérieure ou égale à la vitesse de flammeS f ,
- le premier fluide et le deuxième fluide sont mélangés, de préférence dans le brûleur, avant d’être introduits dans la chambre de combustion de sorte à former un mélange, le mélange présentant une pression supérieure à 102000 Pa, et de préférence supérieure à 103000 Pa,
- le premier fluide et le deuxième fluide sont mélangés dans le brûleur avant d’être introduits dans la chambre de combustion,
- le brûleur comprend un injecteur, l’injecteur comprenant une entrée de premier fluide, une entrée de deuxième fluide, un conduit de mélange relié fluidiquement à l’entrée de premier fluide et à l’entrée de deuxième fluide, et comprenant une sortie reliant fluidiquement le conduit de mélange à la chambre de combustion, la géométrie de l’injecteur étant configurée pour que, lors d’une injection du premier fluide et du deuxième fluide dans l’injecteur, le premier fluide et le deuxième fluide s’écoulent le long d’au moins une partie du conduit de mélange selon une même direction principale d’écoulement et de sorte à présenter une rotation du deuxième fluide par rapport au premier fluide autour d’un axe orienté selon la direction principale d’écoulement,
- l’injecteur comprend un élément de déflexion angulaire adapté pour générer un écoulement tourbillonnaire du premier fluide et/ou du deuxième fluide dans le conduit de mélange,
- la fraction volumique en dihydrogène dans le premier fluide est comprise entre 0,15 et 0,20, et le premier fluide et le deuxième fluide sont mélangés avant d’être injectés dans le brûleur,
- le brûleur est configuré pour alimenter l’injecteur séparément en premier fluide et en deuxième fluide,
– la géométrie de la tuyère, la géométrie du brûleur, le premier débit, le deuxième débit, une composition du premier fluide et une composition du deuxième fluide sont déterminés de sorte que la pressionP B dans la chambre de combustion est comprise entre 1961 Pa (200 mm CE) et 7845 Pa (800 mm CE), notamment entre 4413 Pa (450 mm CE) et 7355 Pa (750 mm CE) et préférentiellement entre 5394 Pa (550 mm CE) et 6374 Pa (650 mm),
– l’assiette présente un diamètreD A , la tuyère présente une section de diamètreD T et la géométrie de la tuyère, la géométrie du brûleur, le premier débit, le deuxième débit, une composition du premier fluide et une composition du deuxième fluide sont déterminés de sorte que la quantité de mouvement moyenne des composés au travers de la section de la tuyère lors de la cinquième étape est comprise entre 2π.D T . 1961 .( D A + D T )et 2π.D T . 7354 .( D A + D T ), notamment comprise entre 2π.D T . 4413 .( D A + D T )et 2π.D T . 7355 .( D A + D T )et préférentiellement comprise entre 2π.D T .53 93 .( D A + D T )et 2π.D T . 6374 .( D A + D T ) ,
- le premier débit, le deuxième débit, une composition du premier fluide et une composition du deuxième fluide sont choisis de sorte qu’une richesse φ d’un ensemble formé par un mélange du premier fluide et du deuxième fluide dans la chambre de combustion est comprise entre 0,40 et 0,90, notamment comprise entre 0,50 et 0,80 et de préférence comprise entre 0,60 et 0,70,
- le premier fluide présente une fraction volumique en dihydrogène supérieure à 0,2, notamment supérieure à 0,5.
Un autre aspect de l’invention est une installation pour la fabrication de fibres minérales comprenant :
- un brûleur annulaire, le brûleur comprenant une chambre de combustion et une tuyère, la tuyère reliant la chambre de combustion à l’extérieur du brûleur,
- une assiette de fibrage présentant des orifices, adaptée pour recevoir un matériau thermoplastique fondu, notamment un matériau minéral, et adaptée pour former des filaments du matériau thermoplastique à partir des orifices par centrifugation de l’assiette,
le brûleur comprenant :
-une première entrée, configurée pour recevoir un premier fluide, le premier fluide comprenant un combustible, le combustible comprenant du dihydrogène, une fraction volumique en dihydrogène dans le premier fluide étant supérieure à 0,05, la première entrée étant reliée fluidiquement à la chambre de combustion,
- une deuxième entrée, configurée pour recevoir un deuxième fluide, le deuxième fluide présentant une fraction volumique d’oxygène supérieure à 0,10, la deuxième entrée étant reliée fluidiquement à la chambre de combustion.
- un brûleur annulaire, le brûleur comprenant une chambre de combustion et une tuyère, la tuyère reliant la chambre de combustion à l’extérieur du brûleur,
- une assiette de fibrage présentant des orifices, adaptée pour recevoir un matériau thermoplastique fondu, notamment un matériau minéral, et adaptée pour former des filaments du matériau thermoplastique à partir des orifices par centrifugation de l’assiette,
le brûleur comprenant :
-une première entrée, configurée pour recevoir un premier fluide, le premier fluide comprenant un combustible, le combustible comprenant du dihydrogène, une fraction volumique en dihydrogène dans le premier fluide étant supérieure à 0,05, la première entrée étant reliée fluidiquement à la chambre de combustion,
- une deuxième entrée, configurée pour recevoir un deuxième fluide, le deuxième fluide présentant une fraction volumique d’oxygène supérieure à 0,10, la deuxième entrée étant reliée fluidiquement à la chambre de combustion.
Avantageusement, l’installation comprend un injecteur, l’injecteur comprenant une entrée de premier fluide, une entrée de deuxième fluide, un conduit de mélange relié fluidiquement à l’entrée de premier fluide et à l’entrée de deuxième fluide, et comprenant une sortie reliant fluidiquement le conduit de mélange à la chambre de combustion,
la première entrée du brûleur étant reliée fluidiquement à l’entrée de premier fluide de l’injecteur,
la deuxième entrée du brûleur étant reliée fluidiquement à l’entrée de deuxième fluide de l’injecteur,
la géométrie de l’injecteur étant configurée pour que, lors d’une injection du premier fluide et du deuxième fluide dans l’injecteur, le premier fluide et le deuxième fluide s’écoulent le long d’au moins une partie du conduit de mélange selon une même direction principale d’écoulement et de sorte à présenter une rotation du deuxième fluide par rapport au premier fluide autour d’un axe orienté selon la direction principale d’écoulement.
la première entrée du brûleur étant reliée fluidiquement à l’entrée de premier fluide de l’injecteur,
la deuxième entrée du brûleur étant reliée fluidiquement à l’entrée de deuxième fluide de l’injecteur,
la géométrie de l’injecteur étant configurée pour que, lors d’une injection du premier fluide et du deuxième fluide dans l’injecteur, le premier fluide et le deuxième fluide s’écoulent le long d’au moins une partie du conduit de mélange selon une même direction principale d’écoulement et de sorte à présenter une rotation du deuxième fluide par rapport au premier fluide autour d’un axe orienté selon la direction principale d’écoulement.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
On entend par « richesse φ » d’une réaction de combustion un rapport entre, d’une part, le rapport entre la masse de carburant et entre la masse d’air utilisées dans une réaction de combustion, et d’autre part, le rapport entre la masse de carburant et entre la masse d’air utilisées dans une réaction de la même combustion dans des conditions stœchiométriques.
En référence à la et à la , un aspect de l’invention est un procédé 300 de fabrication de fibres minérales 1. Les fibres minérales 1 sont fabriquées par une installation 2. L’installation 2 comprend un brûleur 3 annulaire. Le brûleur 3 annulaire comprend une chambre de combustion 4 et une tuyère 5. La tuyère 5 relie la chambre de combustion 4 à l’extérieur du brûleur 3.
L’installation 2 comprend une assiette 6 de fibrage présentant des orifices 7. L’assiette 6 est adaptée pour recevoir un matériau thermoplastique fondu, notamment un matériau minéral et de préférence du verre. L’assiette 6 est également adaptée pour former des filaments 8 du matériau thermoplastique fondu à partir des orifices 7 par centrifugation de l’assiette 6.
Le procédé 300 comprend une première étape 301 de fabrication des filaments. La première étape 301 comprend de manière connue une projection par centrifugation du matériau thermoplastique fondu sur la première paroi annulaire 20. Le matériau s’écoule ensuite dans la pluralité d’orifices 7 de la première paroi 20 annulaire de sorte à former des filaments 8 du matériau.
Le procédé 300 comprend une deuxième étape 302 d’injection d’un premier fluide 9 dans la chambre de combustion 4 à un premier débit. Le premier fluide 9 comprend un combustible. Le combustible comprend du dihydrogène. Une fraction volumique en dihydrogène dans le premier fluide 9 est supérieure à 0,15, notamment supérieure à 0,2 et de préférence supérieure à 0,5. Le combustible peut également comprendre au moins un composé organique. Le ou les composé(s) organique(s) peuvent être choisis parmi du méthane, du biogaz, du propane et du gaz de pétrole liquéfié. Le combustible peut comprendre un mélange du ou des composé(s) organique(s) et de dihydrogène, et de préférence un mélange de méthane et de dihydrogène.
Le procédé 300 comprend une troisième étape 303 d’injection d’un deuxième fluide 10 dans la chambre de combustion 4 à un deuxième débit. Le deuxième fluide 10 présente une fraction volumique d’oxygène supérieure à 0,1. De préférence, le deuxième fluide 10 est de l’air. La deuxième étape 302 et la troisième étape 303 sont de préférence mises en œuvre de manière concomitante.
Le procédé 300 comprend une quatrième étape 304 de combustion du combustible injecté dans la chambre de combustion 4 lors de la deuxième étape et de l’oxygène injecté dans la chambre de combustion 4 lors de la troisième étape.
Le procédé 300 comprend une cinquième étape d’étirage des filaments 8. La tuyère 5 est agencée de sorte que des composés contenus dans la chambre de combustion 4 suite à la combustion de la quatrième étape sont évacués par la tuyère en dehors du brûleur 3 puis étirent les filaments 8 fabriqués lors de la première étape de sorte à former les fibres minérales 1. Ainsi, de par le remplacement d’une partie de l’hydrocarbure utilisé pour la combustion par du dihydrogène, il est possible de diminuer la quantité de dioxyde de carbone produite tout en étirant une quantité de filaments constante de sorte à produire des fibres minérales par centrifugation.
Bases théoriques de l’invention
Le combustible peut comprendre du méthane et du dihydrogène. Une réaction de combustion stœchiométrique d’un mélange comprenant du méthane et du dihydrogène avec de l’air peut être modélisée par l’équation suivante :
Une réaction de combustion en excès d’air d’un mélange comprenant du méthane et du dihydrogène avec de l’air peut être modélisée par l’équation suivante :
Le dosageAFRpeut être défini par l’équation suivante :
où est le débit massique d’air introduit dans la chambre de combustion, est le débit massique de méthane introduit dans la chambre de combustion, est le débit massique de dihydrogène introduit dans la chambre de combustion, est la densité de l’air lors de son introduction dans la chambre de combustion, est le débit d’air lors de son introduction dans la chambre de combustion, est la densité de méthane lors de son introduction dans la chambre de combustion, est le débit du méthane lors de son introduction dans la chambre de combustion, est la densité de dihydrogène lors de son introduction dans la chambre de combustion, est le débit du dihydrogène lors de son introduction dans la chambre de combustion, est la pression d’air en entrée de la chambre de combustion 4,Rest la constante universelle des gaz parfaits, est la température en entrée de la chambre de combustion 4, est la masse molaire de l’air, est la masse molaire du méthane et est la masse molaire du dihydrogène.
Le dosage idéalAFR st peut être défini par l’équation suivante :
où est la quantité de dioxygène introduite dans la chambre de combustion 4, est la quantité d’azote introduite dans la chambre de combustion 4, est la quantité de méthane introduite dans la chambre de combustion 4 et est la quantité de dihydrogène introduite dans la chambre de combustion 4.
Ainsi, l’équation générale de la combustion comprenant du méthane et du dihydrogène comme combustibles peut être définie par la formule suivante :
Ainsi, pour connaître la composition des produits de la combustion, il est nécessaire de connaître trois paramètres : la quantité de méthane introduite dans la chambre de combustion 4, la quantité de dihydrogène introduite dans la chambre de combustion 4 et λ. De plus, il est possible de calculer une température de flamme adiabatique et une température des lèvres 11 à partir des équations précédentes en calculant les enthalpies molaires des produits et des réactifs de l’équation précédente.
Etirage des filaments 8
La cinquième étape 305 d’étirage des filaments 8 permet de former les fibres minérales 1 en appliquant une force aérodynamique entraînée par les composés expulsés de la chambre de combustion 4 sur les filaments 8 lors de la combustion de la quatrième étape 304. L’accélération de l’étirage entraîné par cette force aérodynamique contrôle le diamètre des fibres minérales 1.
En référence à la , l’étirage des filaments 8 est localement contrôlé par une densité surfaciquej p de flux de quantité de mouvement aux lèvres 11 du brûleur 3. La densité surfaciquej p est définie par l’équation suivante :
oùM B est un flux massique de quantité de mouvement et oùSest une section au travers de laquelle les composés contenus dans la chambre de combustion 4 sont évacués par la tuyère en dehors du brûleur 3 suite à la combustion de la quatrième étape. La tuyère 5 relie la chambre de combustion 4 à l’extérieur du brûleur 3. Une extrémité de la tuyère 5 forme deux lèvres 11 définissant une section au travers de laquelle les composés contenus dans la chambre de combustion 4 sont évacués en dehors du brûleur 3 suite à la combustion de la quatrième étape. La sectionSest définie par les lèvres 11 du brûleur 3.
En référence à la , le flux massiqueM B de quantité de mouvement diminue pour une proportion en dihydrogène qui augmente lors d’une combustion déterminée par une richesse φ constante. La courbe (a) illustre le flux massiqueM B en fonction du débit total de combustible, le combustible comprenant uniquement du méthane, pour une richesse φ égale à 0,69. La courbe (b) illustre le flux massiqueM B en fonction du débit total de combustible, le combustible comprenant 90 % de méthane et 10 % de dihydrogène, pour une richesse φ égale à 0,69. La courbe (c) illustre le flux massiqueM B en fonction du débit total de combustible, le combustible comprenant 80 % de méthane et 20 % de dihydrogène, pour une richesse φ égale à 0,69. La courbe (d) illustre le flux massiqueM B en fonction du débit total de combustible, le combustible comprenant 70 % de méthane et 30 % de dihydrogène, pour une richesse φ égale à 0,69. La courbe (e) illustre le flux massiqueM B en fonction du débit total de combustible, le combustible comprenant uniquement du dihydrogène, pour une richesse φ égale à 0,69.
Le flux massiqueM B de quantité de mouvement est défini par l’équation suivante :
oùQ B est le débit massique de composés évacués en dehors du brûleur 3,U B est la vitesse des composés évacués en dehors du brûleur 3 etP B est la pression dans la chambre de combustion 4.
Ainsi, la pressionP B dans la chambre de combustion 4 permet de contrôler l’étirage des filaments 8 de sorte que les fibres minérales 1 formées présentent des caractéristiques d’isolation thermique et/ou acoustique. De préférence, lors de la quatrième étape 304, la pressionP B dans la chambre de combustion 4 est comprise entre 1961 Pa (200 mm CE) et 7845 Pa (800 mm CE), notamment entre 4413 Pa (450 mm CE) et 7355 Pa (750 mm CE) et préférentiellement entre 5394 Pa (550 mm CE) et 6374 Pa (650 mm). Ainsi, il est possible de fabriquer des fibres minérales 1 présentant un micronaire compris entre 3 L/min et 24 L/min, notamment entre 6 L/min et 20 L/min en utilisant au moins en partie du dihydrogène comme combustible. La vitesse de rotation de l’assiette peut être supérieure à 2000 tr/m. La tirée de fibre par l’assiette peut être inférieure à 1 kg par jour et par orifice 7 de l’assiette 6, et notamment inférieur à 0,6 kg par jour et par orifice 7 de l’assiette 6.
La combustion définie par la quatrième étape 304 est de préférence continue. Ainsi, lors de la quatrième étape 304, la pressionP B dans la chambre de combustion 4 peut être maintenue entre 1961 Pa (200 mm CE) et 7845 Pa (800 mm CE). Par «maintenue» on entend que la pression est maintenue pendant une durée supérieure à 10 minutes, notamment supérieure à une heure, préférentiellement supérieure à 3 heures.
La pressionP B dans la chambre de combustion 4 peut être déterminée par la géométrie de la chambre de combustion 4, la géométrie de la tuyère 5, le premier débit, le deuxième débit, une composition du premier fluide 9 et une composition du deuxième fluide 10. Par exemple, on peut utiliser une chambre de combustion 4 et une tuyère 5 décrites dans le document WO 03/069226. La réaction de combustion peut être maintenue dans la chambre de combustion 4 en introduisant un débit massique de méthane égal à 9,96 kg/h, un débit massique de dihydrogène égal à 0,75 kg/h, la fraction volumique du dihydrogène dans le premier combustible étant ainsi de 0,07, et un débit massique du deuxième fluide constitué d’air égal à 285 kg/h. La réaction de combustion décrite précédemment permet de soumettre à l’assiette un flux massiqueM B égal à 18.9 Kg.m/s2en contrôlant une pressionP B dans la chambre de combustion 4 égale à 6002 Pa (612 mm CE).
La quatrième étape 304 peut être précédée d’une étape d’allumage de la combustion. Lors de l’étape d’allumage de la combustion, une pressionP B dans la chambre de combustion peut être comprise entre 0 Pa (0 mm CE) et 1961 Pa (200 mm CE).
L’assiette présente un diamètreD A et la tuyère présente une section de diamètreD T . De par les pressionsP B dans la chambre de combustion 4 précédemment définies, une quantité de mouvement moyenne des composés au travers de la section de la tuyère lors de la cinquième étape peut être comprise entre 2π.D T . 1961.( D A +D T )et 2π.D T .7354.( D A +D T ), notamment comprise entre 2π.D T .4413.( D A +D T )et 2π.D T .7355.( D A +D T )et préférentiellement comprise entre 2π.D T .5393.( D A +D T )et 2π.D T .6374.( D A +D T ).Pour un diamètreD T égal à 7,7 mm et pour un diamètreD A de l’assiette égal à 400 mm, une quantité de mouvement moyenne des composés au travers de la section de la tuyère lors de la cinquième étape peut être comprise entre 38,7 kg.m.s-2et 154 kg.m.s-2, notamment comprise entre 87,0 kg.m.s-2et 145 kg.m.s-2et préférentiellement comprise entre 106 kg.m.s-2et 126 kg.m.s-2. Pour un diamètreD T égal à 7,7 mm et pour un diamètreD A de l’assiette égal à 600 mm, une quantité de mouvement moyenne des composés au travers de la section de la tuyère lors de la cinquième étape peut être comprise entre 57,7 kg.m.s-2et 231 kg.m.s-2, notamment comprise entre 130 kg.m.s-2et 216 kg.m.s-2et préférentiellement comprise entre 159 kg.m.s-2et 187 kg.m.s-2.
Richesse de la combustion
En référence à la , la richesse φ d’un ensemble formé par un mélange du premier fluide 9 et du deuxième fluide 10 dans la chambre de combustion 4 est comprise entre 0,40 et 0,90, notamment comprise entre 0,50 et 0,80 et de préférence comprise entre 0,60 et 0,70. Ainsi, il est possible de compenser une diminution de la densité de flux massiqueM B entraînée par l’utilisation de dihydrogène dans la combustion par une proportion de deuxième fluide 10 injecté dans la chambre 4 plus élevée. Cela permet de mettre en œuvre une combustion dans laquelle on utilise du dihydrogène comme combustible tout en produisant une densité de flux massiqueM B suffisante pour étirer les filaments 8 formés par centrifugation. Pour des valeurs de richesse inférieures à 0,40, la stabilité d’une flamme dans la chambre de combustion 4 lors de la combustion n’est pas assurée. Pour des valeurs de richesse supérieures à 0,90, la densité de flux massiqueM B est trop petite pour étirer les filaments 8 de sorte à former les fibres minérales 1, et du combustible est présent dans les composés évacués, ce qui est polluant. La illustre des densités de flux massiqueM B en fonction de la richesse φ pour un rapport molaire entre le dihydrogène et le méthane égal à 0,43. La richesse φ de la réaction de combustion de la quatrième étape 304 peut être déterminée par le premier débit, par le deuxième débit, par une composition du premier fluide 9 et par une composition du deuxième fluide 10.
T
empérature
d
’une
lèvre
11
du brûleur 3
En référence à la , au moins une lèvre 11 définit une limite entre la tuyère 5 et l’extérieur du brûleur 3. Une température de la lèvre 11 peut être calculée en fonction des réactifs introduits dans la chambre de combustion en considérant notamment les équations de réaction présentées précédemment et les enthalpies molaires des différents réactifs et produits impliqués dans la réaction. La courbe (f) illustre la température de la lèvre 11 en fonction de la richesse φ de la réaction de combustion pour une fraction volumique de dihydrogène nulle et pour une fraction volumique de méthane égale à 1. La courbe (g) illustre la température de la lèvre 11 en fonction de la richesse φ de la réaction de combustion pour une fraction volumique de dihydrogène égale à 0,11 et pour une fraction volumique de méthane égale à 0,89. La courbe (h) illustre la température de la lèvre 11 en fonction de la richesse φ de la réaction de combustion pour une fraction volumique de dihydrogène égale à 0,25 et pour une fraction volumique de méthane égale à 0,75. La courbe (i) illustre la température de la lèvre 11 en fonction de la richesse φ de la réaction de combustion pour une fraction volumique de dihydrogène égale à 0,43 et pour une fraction volumique de méthane égale à 0,57. La courbe (j) illustre la température de la lèvre 11 en fonction de la richesse φ de la réaction de combustion pour une fraction volumique de dihydrogène égale à 1 et pour une fraction volumique de méthane nulle.
Lors de la quatrième étape 304, une température mesurée sur la lèvre 11 peut être comprise entre 1100 °C et 1600 °C, notamment entre 1200 °C et 1550 °C et préférentiellement entre 1300 °C et 1550 °C. La fraction volumique de dihydrogène dans le carburant et/ou la richesse peut être ajustée de sorte que la température mesurée sur la lèvre 11 est comprise dans les gammes définies précédemment. De préférence, une richesse φ d’un ensemble formé par un mélange du premier fluide 9 et du deuxième fluide 10 dans la chambre de combustion 4 est comprise entre 0,40 et 0,90, notamment comprise entre 0,50 et 0,80 et de préférence comprise entre 0,60 et 0,70, et une température mesurée sur la lèvre 11 peut être comprise entre 1100 °C et 1600 °C, notamment entre 1200 °C et 1550 °C et préférentiellement entre 1300 °C et 1550 °C. Les inventeurs ont en effet découvert qu’il était possible de produire des fibres minérales 1 par centrifugation en combinant ces différents paramètres et en utilisant du dihydrogène comme combustible. Une température mesurée sur la lèvre 11 peut être maintenue à une température comprise entre 1100 °C et 1600 °C pendant la quatrième étape 304 de combustion.
Stabilité de la flamme
En référence à la , une composition du premier fluide 9 et une composition du deuxième fluide 10 définissent une vitesse de flammeSflors de la quatrième étape 304 de combustion. On entend par «vitesse de flamme» la vitesse de l'extension d’un front de flamme lors de la réaction de combustion. La vitesse de flamme dépend de la vitesse de consommation du carburant et du comburant lors de la réaction de combustion. Le premier fluide 9 et le deuxième fluide 10 peuvent être mélangés, de préférence dans le brûleur 3, avant d’être introduits dans la chambre de combustion 4 de sorte à former un mélange. Le mélange peut être injecté dans la chambre de combustion 4 lors de la deuxième étape 302 et lors de la troisième étape 303. Une vitesse moyenneUdu mélange lors de son injection dans la chambre de combustion 4 peut être supérieure ou égale à la vitesse de flammeS f . Ainsi, il est possible d’éviter un retour de flamme lors de la réaction de combustion. En effet, si la vitesse de la flammeSfest plus élevée que la vitesse moyenne U, la flamme se déplace vers la source du mélange, entraînant des risques d’explosion ou de dégradation du brûleur.
Pression initiale du premier fluide
9
Le premier fluide 9 et le deuxième fluide 10 peuvent être mélangés, de préférence dans le brûleur 3, avant d’être injectés dans la chambre de combustion 4. Le mélange injecté dans la chambre de combustion 4 peut présenter une pression supérieure à 102000 Pa et de préférence supérieure à 103000 Pa. Ainsi, de par l’augmentation de la pression du mélange, il est possible d’augmenter la température du mélange avant la combustion. Cela permet d’augmenter la température adiabatique de la flamme lors de la combustion, et ainsi, pour une température adiabatique de la flamme prédéterminée, de diminuer la production de dioxyde de carbone.
Mélange du
premier fluide 9 et du deuxième fluide 10
Le premier fluide 9 et le deuxième fluide 10 peuvent être mélangés dans le brûleur 3 avant d’être introduits dans la chambre de combustion 4. Ainsi, il est possible que les composés du premier fluide 9 et du deuxième fluide 10 soient répartis de manière homogène dans la chambre de combustion 4 tout en évitant un risque de combustion en dehors du brûleur 3 potentiellement entraîné par un mélange du premier fluide 9 et du deuxième fluide 10 en amont du brûleur 3.
En référence à la , le brûleur 3 peut comprendre un injecteur 12. L’injecteur 12 comprend une entrée de premier fluide 9, une entrée de deuxième fluide 10, une conduite de mélange 13 reliée fluidiquement à l’entrée de premier fluide 9 et à l’entrée de deuxième fluide 10. Une conduite latérale 24 relie fluidiquement l’entrée de premier fluide 9 à la conduite de mélange 13. L’injecteur 12 comprend une sortie 28 séparant la conduite de mélange 13 à la chambre de combustion 4.
La géométrie de l’injecteur 12 est configurée pour que, lors d’une injection du premier fluide 9 et du deuxième fluide 10 dans l’injecteur 12, le premier fluide 9 et le deuxième fluide 10 s’écoulent, le long d’au moins une partie de la conduite de mélange 13 selon une même direction principale d’écoulement 14 et de sorte à présenter une rotation du deuxième fluide 9 par rapport au premier fluide 10 autour d’un axe orienté selon la direction principale d’écoulement 14. Ainsi, la densité de premier fluide 9 et la densité de deuxième fluide 10 sont plus homogènes dans la chambre de combustion 4 qu’en l’absence de l’injecteur 12 précédemment défini. Ceci permet d’augmenter la stabilité de la flamme lors de la combustion. En effet, il peut être avantageux de mettre en œuvre le procédé en régime dit « pauvre », c’est-à-dire pour une richesse inférieure à 0,9. Si le premier fluide 9 et le deuxième fluide 10 ne sont pas distribués de manière homogène dans la chambre de combustion 4, la richesse peut être localement très inférieure à la richesse prédéterminée par les débits de premier fluide 9 et de deuxième fluide 10, ce qui peut entraîner une instabilité de la flamme.
L’injecteur 12 peut comprendre un élément de déflexion angulaire 15 adapté pour générer un écoulement tourbillonnaire du premier fluide 9 et/ou du deuxième fluide 10 dans la conduite de mélange 13. Ainsi, l’élément de déflexion angulaire 15 permet de mettre en œuvre un écoulement dans lequel le premier fluide 9 et le deuxième fluide 10 s’écoulent le long d’au moins une partie de la conduite de mélange 13 selon une même direction principale d’écoulement 14 et de sorte à présenter une rotation du deuxième fluide 9 par rapport au premier fluide 10 autour d’un axe orienté selon la direction principale d’écoulement 14. L’élément de déflexion angulaire 15 peut être adapté pour générer un écoulement tourbillonnaire du premier fluide 9 ou du deuxième fluide 10 dans le conduit de mélange 13.
En référence à la , à la et à la , l’élément de déflexion angulaire 15 peut présenter un nombre de tourbillon S qui satisfait l’équation S = 2/3 tan(ψ), ψ étant l’angle de déflexion angulaire de l’écoulement de premier fluide 9 et/ou de deuxième fluide 10 après passage dans l’injecteur 15. Le nombre de tourbillon S est compris entre 0,10 et 2,00, préférentiellement entre 0,25 et 1,70, encore préférentiellement entre 0,35 et 1,40, encore préférentiellement entre 0,45 et 1,10, encore préférentiellement entre 0,50 et 0,90, encore préférentiellement entre 0,65 et 0,70.
L’intensité du mouvement rotatif de l’écoulement est caractérisée par la valeur du nombre de tourbillon S en sortie d’injecteur 12. Le nombre de tourbillon S, également appelé «swirl number» en anglais, définit le rapport entre les flux de quantités de mouvement tangentiels et axiaux. Il peut être défini par l’équation suivante :
oùUetWsont respectivement les composantes axiales et tangentielles de la vitesse moyenne de l’écoulement, etR e est le rayon de la conduite de mélange 13. Ce nombre de tourbillon S est approximé par la formule S = 2/3 tan ψ.
L’augmentation du nombre de tourbillon S permet de réduire la hauteur de la flamme et d’accroître l’ouverture de la flamme. Une ouverture de flamme large permet de limiter le nombre d’injecteurs agencés sur le pourtour de la chambre de combustion 4, tout en permettant un chauffage homogène de cette dernière.
En référence à la et à la , l’élément de déflexion angulaire 15 peut être formé, au moins en partie, par une bague agencée de manière coaxiale à la direction principale d’écoulement 14. La bague peut être amovible. La bague peut comprendre une conduite adaptée pour permettre l’introduction de l’écoulement tourbillonnant de premier fluide 9 et/ou de deuxième fluide 10 dans la conduite de mélange 13 de l’injecteur 12 avec un angle de déflexion angulaire ψ, dont la valeur est préférentiellement comprise entre 10° et 80°, notamment entre 20° et 70°, encore préférentiellement entre 30° et 60°, encore préférentiellement entre 40° et 50°. Ainsi, il est possible de maximiser le mélange entre le premier fluide 9 et le deuxième fluide 10 avant leur introduction dans la chambre de combustion 4. Il est ainsi possible de réduire la quantité de combustible à injecter, pour une même quantité de comburant impliquée dans la combustion. La conduite adaptée pour permettre l’introduction de l’écoulement tourbillonnant peut former une partie de la conduite latérale 24.
L’élément de déflexion angulaire peut être un ensemble de déflecteurs agencés dans la conduite de mélange 13 de sorte à mettre en rotation l’écoulement du premier fluide 9 et du deuxième fluide 10 selon un axe suivant la direction principale 14.
En référence à la , le brûleur 3 est configuré pour alimenter séparément l’injecteur 12 en premier fluide 9 et en deuxième fluide 10. Le brûleur 3 peut comprendre une première entrée 26 de premier fluide 9. L’injecteur 12 peut comprendre une conduite axiale 25 reliant fluidiquement la première entrée 26 à la conduite de mélange 13. Le brûleur 3 peut comprendre une deuxième entrée 27 de deuxième fluide 10. La deuxième entrée 27 peut être reliée à la conduite latérale 24. Le mélange entre le premier fluide 9 et le deuxième fluide 10 est mis en œuvre dans la conduite de mélange 13, avant d’être injecté dans la chambre de combustion 4 du brûleur 3. Ainsi, de par la séparation de la première entrée 26 et de la deuxième entrée 27, il est possible d’empêcher un retour de flamme en amont du brûleur 3.
En référence à la , une paroi de la conduite latérale 24 peut présenter une forme tronconique, la forme tronconique présentant un axe principal suivant la direction principale 14. Le diamètre de la forme tronconique peut être décroissant suivant la direction principale 14. Ainsi, il est possible d’éviter un décollement de la couche limite de l’écoulement tourbillonnaire, afin de réduire les risques d’apparition de turbulences non souhaitées.
Le deuxième fluide 10 peut être préchauffé, préférentiellement au moins de 5°C, avant d’être injecté dans le brûleur 3. Le préchauffage du deuxième fluide 10 peut être mis en œuvre par récupération de chaleur depuis les gaz issus de la combustion de la quatrième étape 304 et/ou de chaleur du four de fusion du verre.
L’écoulement tourbillonnaire généré dans la conduite de mélange 13 entraîne une recirculation des fluides dans la chambre de combustion 4. La recirculation permet à la flamme générée lors de la combustion de s’accrocher à proximité de la sortie de l’injecteur dans la chambre de combustion 4. L’accrochage de la flamme est favorisé par la présence de zones de recirculation toroïdales qui ramènent une partie des gaz brûlés vers la sortie de l’injecteur, ce qui entraine un préchauffage des gaz issus de l’injecteur 12. La flamme étant plus stable, il est ainsi possible de réduire la quantité de combustible utilisée pour la combustion sans risquer de souffler la flamme.
La conduite axiale 25 peut présenter une sortie dans la conduite de mélange 13. La distance entre la sortie de la conduite axiale 25 et entre la sortie de l’injecteur 13 peut être strictement comprise entre 0 et 45 mm. Ainsi, comme la distance est inférieure à 45 mm, il est possible d’augmenter l’efficacité du mélange. De plus, comme la distance est strictement supérieure à zéro, il est possible de limiter l’usure de l’injecteur entraînée par une température élevée de la combustion. La distance est notamment supérieure à 5 mm, préférentiellement supérieure à 10 mm, préférentiellement supérieure à 15 mm et préférentiellement supérieure à 20 mm.
La sortie de l’injecteur 12 peut présenter une section droite. Par «section droite», on entend que la sortie de l’injecteur 12 est formée par la paroi de la conduite de mélange 13 au même point de la direction principale 14. En effet, les inventeurs ont constaté que la découpe en biseau d’une sortie d’un injecteur, comme pratiquée dans l’état de la technique, s’oppose à une circulation en tourbillon du mélange comburant/combustible et réduit donc les effets techniques bénéfiques qui y sont liés.A contrario, la découpe de la sortie de l’injecteur selon une section droite permet d’augmenter la stabilité de la flamme lors de la combustion.
La chambre de combustion 4 est au moins formée par une paroi. La paroi comprend une partie distale. La sortie 28 peut être agencée au centre de la partie distale par rapport à l’axe principale X. Ainsi, la sortie est agencée à équidistance de parois supérieures et inférieures de la chambre de combustion 4, ce qui permet, de par des recirculations gazeuses, que la flamme soit plus homogène et plus stable.
Une section de la sortie 28 peut présenter un diamètre adapté déterminé par la distance de stabilisation entre la flamme et la sortie 28. Plus le diamètre est petit, plus la vitesse de l’écoulement du mélange à la sortie 28 est grande, ce qui augmente la distance de stabilisation de la flamme. La flamme est alors dite «liftée». Au-delà d’une certaine valeur de vitesse d’éjection, la flamme est dite «soufflée». Au contraire, plus le diamètre est grand, plus la vitesse de l’écoulement à la sortie 28 est petite. En-dessous d’une vitesse d’écoulement du mélange à la sortie 28 déterminée, la flamme risque de se stabiliser à l’intérieur de l’injecteur 12, ce qui est à éviter.
Le brûleur 3 peut comprendre plusieurs injecteurs 12. Le brûleur 3 peut comprendre une couronne de distribution en premier fluide 9 et/ou en deuxième fluide 10 dans les injecteurs 12. La couronne peut comprendre des entrées uniformément réparties sur son pourtour. Le nombre d’entrées peut être égal au nombre d’injecteurs. Ainsi, l’écoulement de fluide peut être homogène dans les injecteurs 12. L’augmentation du nombre d’entrées de la couronne permet d’augmenter l’homogénéité de la distribution en fluide dans les injecteurs.
Claims (14)
- Procédé de fabrication de fibres minérales (1) par une installation (2) comprenant :
- un brûleur (3) annulaire, le brûleur (3) comprenant une chambre de combustion (4) et une tuyère (5), la tuyère (5) reliant la chambre de combustion (4) à l’extérieur du brûleur (3),
- une assiette (6) de fibrage présentant des orifices (7), adaptée pour recevoir un matériau thermoplastique fondu, notamment un matériau minéral, et adaptée pour former des filaments (8) du matériau thermoplastique à partir des orifices (7) par centrifugation de l’assiette (6),
le procédé comprenant au moins :
- une première étape de fabrication des filaments (8),
- une deuxième étape d’injection d’un premier fluide (9) dans la chambre de combustion (4) à un premier débit, le premier fluide (9) comprenant un combustible, le combustible comprenant du dihydrogène, une fraction volumique en dihydrogène dans le premier fluide (9) étant supérieure à 0,05,
- une troisième étape d’injection d’un deuxième fluide (10) dans la chambre de combustion (4) à un deuxième débit, le deuxième fluide (10) présentant une fraction volumique d’oxygène supérieure à 0,10,
- une quatrième étape de combustion du combustible et de l’oxygène introduits dans la chambre de combustion (4) lors de la deuxième étape et de la troisième étape,
- une cinquième étape d’étirage des filaments (8), la tuyère (5) étant agencée de sorte que des composés contenus dans la chambre de combustion (4) suite à la combustion de la quatrième étape sont évacués par la tuyère en dehors du brûleur (3) puis étirent les filaments (8) fabriqués lors de la première étape de sorte à former les fibres minérales (1). - Procédé selon la revendication 1, dans lequel, lors de la quatrième étape, une pressionP B dans la chambre de combustion est comprise entre 1961 Pa (200 mm CE) et 7845 Pa (800 mm CE), notamment entre 4413 Pa (450 mm CE) et 7355 Pa (750 mm CE) et préférentiellement entre 5394 Pa (550 mm CE) et 6374 Pa (650 mm).
- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une richesse φ d’un ensemble formé par un mélange du premier fluide (9) et du deuxième fluide (10) dans la chambre de combustion (4) est comprise entre 0,40 et 0,90.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le combustible comprend un composé organique, notamment du méthane.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel une lèvre (11) définit une limite entre la tuyère (5) et l’extérieur du brûleur (3), et dans lequel, lors de la quatrième étape, une température mesurée sur la lèvre (11) est comprise entre 1100 °C et 1600 °C.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel une composition du premier fluide (9) et une composition du deuxième fluide (10) définissent une vitesse de flammeSflors de la quatrième étape de combustion,
et dans lequel le premier fluide (9) et le deuxième fluide (10) sont mélangés, de préférence dans le brûleur (3), avant d’être introduits dans la chambre de combustion (4) de sorte à former un mélange, le mélange étant injecté dans la chambre de combustion (4) lors de la deuxième étape et lors de la troisième étape,
la vitesse moyenneUdu mélange lors de l’injection du mélange dans la chambre de combustion (4) étant supérieure ou égale à la vitesse de flammeS f . - Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, le premier fluide (9) et le deuxième fluide (10) sont mélangés, de préférence dans le brûleur (3), avant d’être introduits dans la chambre de combustion (4) de sorte à former un mélange (4), le mélange présentant une pression supérieure à 102000 Pa, et de préférence supérieure à 103000 Pa.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier fluide (9) et le deuxième fluide (10) sont mélangés dans le brûleur (3) avant d’être introduits dans la chambre de combustion (4).
- Procédé selon la revendication 8, dans lequel le brûleur (3) comprend un injecteur (12), l’injecteur (12) comprenant une entrée de premier fluide (9), une entrée de deuxième fluide (10), un conduit de mélange (13) relié fluidiquement à l’entrée de premier fluide (9) et à l’entrée de deuxième fluide (10), et comprenant une sortie reliant fluidiquement le conduit de mélange (13) à la chambre de combustion (4),
la géométrie de l’injecteur (12) étant configurée pour que, lors d’une injection du premier fluide (9) et du deuxième fluide (10) dans l’injecteur (12), le premier fluide (9) et le deuxième fluide (10) s’écoulent le long d’au moins une partie du conduit de mélange (13) selon une même direction principale d’écoulement (14) et de sorte à présenter une rotation du deuxième fluide (9) par rapport au premier fluide (10) autour d’un axe orienté selon la direction principale d’écoulement (14). - Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’injecteur (12) comprend un élément de déflexion angulaire (15) adapté pour générer un écoulement tourbillonnaire du premier fluide (9) et/ou du deuxième fluide (10) dans le conduit de mélange (13).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la fraction volumique en dihydrogène dans le premier fluide (9) est comprise entre 0,15 et 0,2, et dans lequel le premier fluide (9) et le deuxième fluide (10) sont mélangés avant d’être injectés dans le brûleur (3).
- Procédé selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le brûleur (3) est configuré pour alimenter l’injecteur (12) séparément en premier fluide (9) et en deuxième fluide (10).
- Installation (2) pour la fabrication de fibres minérales (1), l’installation comprenant :
- un brûleur (3) annulaire, le brûleur (3) comprenant une chambre de combustion (4) et une tuyère (5), la tuyère (5) reliant la chambre de combustion (4) à l’extérieur du brûleur (3),
- une assiette (6) de fibrage présentant des orifices (7), adaptée pour recevoir un matériau thermoplastique fondu, notamment un matériau minéral, et adaptée pour former des filaments (8) du matériau thermoplastique à partir des orifices (7) par centrifugation de l’assiette (6),
le brûleur (3) comprenant :
-une première entrée (26) configurée pour recevoir un premier fluide (9), le premier fluide (9) comprenant un combustible, le combustible comprenant du dihydrogène, une fraction volumique en dihydrogène dans le premier fluide (9) étant supérieure à 0,05, la première entrée (26) étant reliée fluidiquement à la chambre de combustion (4),
- une deuxième entrée (27), configurée pour recevoir un deuxième fluide (10), le deuxième fluide (10) présentant une fraction volumique d’oxygène supérieure à 0,10, la deuxième entrée (27) étant reliée fluidiquement à la chambre de combustion (4). - Installation selon la revendication 13, comprenant un injecteur (12), l’injecteur (12) comprenant une entrée de premier fluide (9), une entrée de deuxième fluide (10), un conduit de mélange (13) relié fluidiquement à l’entrée de premier fluide (9) et à l’entrée de deuxième fluide (10), et comprenant une sortie reliant fluidiquement le conduit de mélange (13) à la chambre de combustion (4),
la première entrée (26) du brûleur (3) étant reliée fluidiquement à l’entrée de premier fluide (9) de l’injecteur (12),
la deuxième entrée (27) du brûleur (3) étant reliée fluidiquement à l’entrée de deuxième fluide (10) de l’injecteur (12),
la géométrie de l’injecteur (12) étant configurée pour que, lors d’une injection du premier fluide (9) et du deuxième fluide (10) dans l’injecteur (12), le premier fluide (9) et le deuxième fluide (10) s’écoulent le long d’au moins une partie du conduit de mélange (13) selon une même direction principale d’écoulement (14) et de sorte à présenter une rotation du deuxième fluide (9) par rapport au premier fluide (10) autour d’un axe orienté selon la direction principale d’écoulement (14).
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US3249413A (en) * | 1962-11-21 | 1966-05-03 | Johns Manville | Apparatus for producing a propulsion stream adapted to attenuate fibers |
| WO2003069226A1 (fr) | 2002-02-13 | 2003-08-21 | Saint-Gobain Isover | Bruleur a combustion interne, notamment pour l'etirage de fibres minerales |
| US20100139324A1 (en) * | 2007-04-12 | 2010-06-10 | Saint- Gobain Isover | Internal combustion burner |
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| SI2257502T2 (sl) * | 2008-02-28 | 2023-01-31 | Saint-Gobain Isover | Proizvod, ki temelji na mineralnih vlaknih in postopek za izdelavo le-tega |
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-
2023
- 2023-11-03 WO PCT/EP2023/080716 patent/WO2024094873A1/fr unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US3249413A (en) * | 1962-11-21 | 1966-05-03 | Johns Manville | Apparatus for producing a propulsion stream adapted to attenuate fibers |
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| US20100139324A1 (en) * | 2007-04-12 | 2010-06-10 | Saint- Gobain Isover | Internal combustion burner |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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