La mise en place de brûleurs à faibles émissions de NOx dans des installations existantes peut constituer une solution économique pour réduire les niveaux d’émissions de NOx des équipements de combustion existants. En règle générale, les brûleurs à faibles émissions de NOx nécessitent soit un système de recirculation externe des gaz de combustion (EFGR), soit un système de réduction catalytique sélective (SCR) pour atteindre des émissions de NOx inférieures ou égales à 9 ppmv et des émissions de CO inférieures ou égales à 50 ppmv. Concevoir un brûleur à faibles émissions de NOx dont l’encombrement s’adapte à l’emplacement d’un brûleur existant, tout en respectant les contraintes de longueur de combustion et en atteignant les objectifs d’émissions sans recourir à l’EFGR, a longtemps constitué un défi pour l’industrie. La société Dow Chemical, située à Pittsburg, en Californie, a été confrontée à ce défi lorsque son four Dowtherm® Heater a dû fonctionner avec des émissions de NOx inférieures à 9 ppmv et de CO inférieures à 50 ppmv. Zeeco à Dow une solution de modernisation brevetée de nouvelle génération, FREE JET GLSF FREE JET , offrant un faible encombrement mécanique, un profil de flamme compact et des longueurs de flamme réduites.
La FREE JET Zeeco® de nouvelle génération « Ultra-Low NOx FREE JET permet de produire des émissions de NOx inférieures à 9 ppmv sans EFGR. FREE JET GLSF FREE JET produit un profil de flamme présentant une interaction très limitée entre les flammes pour les installations de brûleurs, tout en permettant d’obtenir des longueurs de flamme plus courtes. La conception du brûleur utilise la théorie de mélangeFREE JETpour maximiser la quantité de produits de combustion internes inertes (gaz de combustion) mélangés au gaz combustible dans la chambre de combustion, afin de produire un mélange de gaz combustible et de gaz de combustion régénéré. Le mélange ainsi obtenu brûle ensuite au cours du processus de combustion à une température de flamme adiabatique plus basse et produit intrinsèquement moins d’émissions de NOx.
Une autre préoccupation du secteur pour les entreprises utilisatrices finales concerne le coût global de possession des brûleurs de nouvelle génération à très faibles émissions de NOx. Certains modèles disponibles sur le marché présentent des coûts de maintenance plus élevés que les brûleurs à émissions conventionnels. Ces coûts sont toutefois compensés par la réduction du recours à des systèmes coûteux tels que l’EFGR ou le SCR pour atteindre la réduction souhaitée des NOx.
Zeeco en revue les détails techniques du FREE JET utilisé dans l’application Dow, expliquera comment sa conception répond à la fois aux défis liés aux émissions et au coût total de possession, et présentera les résultats de terrain vérifiés et concluants.
DESCRIPTION DE L'APPLICATION
La société Dow Chemical, située à Pittsburg, en Californie, devait répondre à une exigence stricte en matière d’émissions, imposant un taux d’émissions de NOx inférieur à 9 ppmv pour son four Dowtherm®. Ce four nécessitait un brûleur unique conçu pour atteindre un débit thermique maximal de 26 MM Btu/h (6,55 MM Kcal/h). Il s’agissait d’un four de type cylindrique vertical, équipé d’un serpentin hélicoïdal à deux passages. L'air de combustion était acheminé vers le brûleur à température ambiante via un système d'alimentation à tirage forcé. À pleine charge, le système d'air de combustion était conçu pour fournir au brûleur une pression d'air de 3” H₂O (76,2 mm H₂O). La hauteur du four était de 21,6 ft (6 584 mm) et le diamètre circulaire des tubes du four était de 9,5 ft (2 896 mm). Le volume du four était d’environ 1 530 ft³ (43,3 m³) et était conçu pour une température des gaz de combustion de 1 700 °F (926,7 °C). Le dégagement de chaleur par unité de surface était d’environ 350 945 Btu/ft² (994 964 kcal/m²). Les applications présentant un dégagement de chaleur par mètre carré supérieur à 350 000 Btu/pied carré sont généralement considérées comme difficiles, car la température à laquelle se produit la majeure partie de la formation thermique de NOx est égale ou supérieure à 1 600 °F.
La modernisation des brûleurs dans les applications où les émissions de NOx doivent être limitées à 9 ppmv ou moins constitue un projet complexe, car elle nécessite généralement le recours à la recirculation externe des gaz de combustion (EFGR) ou à la réduction catalytique sélective (SCR). La mise à disposition d’un brûleur de nouvelle génération à faibles émissions de NOx, dont l’encombrement s’adapte à l’emplacement du brûleur existant, représente un autre défi. La conception de profils de flamme de brûleurs à faibles émissions de NOx de nouvelle génération, capables de fonctionner correctement dans les limites de longueur de combustion, s’est également avérée être un défi pour l’industrie. FREE JET GLSF FREE JET Zeecoa été conçu pour utiliser environ 0,6 lb de vapeur par lb de gaz combustible injectée dans le flux d’air afin d’accroître la réduction des NOx si nécessaire, l’EFGR n’ayant pas été prévu pour cette application. L’utilisation d’une petite quantité de vapeur s’est avérée moins coûteuse que la modification du four pour y intégrer un système EFGR représentant environ 25 % à 35 % du débit, ou un système SCR généralement nécessaire pour atteindre le niveau d’émissions de NOx requis.
CONCLUSION
La société Dow Chemical, située à Pittsburg, en Californie, a installé un FREE JET Zeeco FREE JET afin de respecter l'exigence d'émissions de NOx inférieures à 9 ppmv pour son four Dowtherm®. Les applications nécessitant des émissions inférieures à 9 ppmv sont généralement réalisées à l’aide d’un système de recirculation externe des gaz de combustion (EFGR) ou d’une réduction catalytique sélective (SCR). Cependant, pour ce projet de modernisation, Zeeco Dow sa technologie brevetée FREE JET de nouvelle génération à très faibles émissions de NOx, qui se caractérise par un encombrement mécanique très réduit, un profil de flamme compact et des longueurs de flamme plus courtes. Une fois le brûleur installé sur site, un organisme tiers a vérifié que les émissions de NOx étaient inférieures à 6 ppmv et celles de CO inférieures à 3 ppmv. La capacité à respecter les exigences en matière d’émissions sans recourir à des systèmes coûteux de recirculation externe des gaz de combustion (EFGR) ou de réduction catalytique sélective (SCR) s’est avérée avantageuse pour Dow.
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