Rénovation de brûleurs à faible taux de NOx avec BMS pour l'optimisation des réchauffeurs de processus

La modernisation des brûleurs avec régulation de l'air de combustion et du gaz combustible dans les fours industriels constitue une solution économique pour réduire les niveaux d'émissions de NOx et diminuer les coûts d'exploitation des équipements de combustion existants. Le taux d’excès d’air optimal pour obtenir de faibles émissions de NOx et réduire les coûts d’exploitation se situe autour de 8 % d’excès d’air de combustion au niveau du brûleur. Cet article examine comment la conception du brûleur GLSF FREE JET® peut être associée à un système de régulation de l’air de combustion afin d’atteindre des émissions de NOx inférieures à 50 mg/Nm³ avec un préchauffage de l’air de combustion à 316 °C et une économie de combustible de 0,68 % par rapport à un fonctionnement avec 20 % d’excès d’air.

Étant donné que la formation de monoxyde de carbone (CO) commence généralement à partir de 5 %, un excès d’air est fourni par le brûleur dans des fours parfaitement étanches, sans fuite. Le brûleur fonctionne avec des températures de gaz de combustion supérieures à 760 °C, avec une surveillance de l’excès d’oxygène (O₂) et du CO, et peut fonctionner avec un excès d’air de 8 %. En cas de légère formation de CO, le niveau d’excès d’air doit être augmenté en conséquence. Remarque : en cas de formation importante de CO, la pression du gaz combustible doit être réduite progressivement afin d’éviter toute réaction explosive. Par mesure de sécurité, le système de régulation de l’air de combustion est réglé pour fonctionner à 8 % d’excès d’air. Si une formation de CO se produit avec 8 % d’air en excès, le système de contrôle augmentera alors le niveau d’excès d’oxygène jusqu’à ce que la formation de CO se stabilise à un niveau acceptable. Dans de tels cas, la formation de CO se produit à environ 5 % d’air en excès, et il convient de vérifier si le four présente des fuites d’air parasite.

L’une des autres principales préoccupations pour l’entreprise utilisatrice est le coût global de possession des brûleurs ultra-faibles en NOx de nouvelle génération. Ceux-ci peuvent présenter des coûts de maintenance plus élevés que les brûleurs à émissions conventionnels. Zeeco la conception nécessitant le moins d’entretien sur le marché pour des résultats similaires en matière d’émissions de NOx. Zeeco développé une technologie brevetée FREE JET ultra-faibles en NOx de nouvelle génération, avec un encombrement mécanique réduit. Le FREE JET GLSF FREE JET produit un profil de flamme avec une interaction très limitée entre les flammes dans les installations à brûleurs multiples, tout en permettant d’obtenir des longueurs de flamme plus courtes. Afin de réguler l’apport de gaz combustible vers les brûleurs de procédé, un système de contrôle de l’air de combustion est installé pour garantir un fonctionnement correct et sûr des brûleurs, tout en s’adaptant aux contraintes d’espace réduites.

Zeeco l’utilisation de la technologie FREE JET , associée à un système de contrôle des brûleurs dans le cadre d’applications de modernisation, ainsi que les gains de performance tant en termes d’émissions de NOx que de surplus d’air de combustion.

Application

L'objectif de ce projet de modernisation était de remplacer les brûleurs afin d'atteindre des émissions de NOx ultra-faibles. Vous trouverez ci-dessous la description d'une application reposant sur les principes de réduction des émissions et de contrôle de l'excès d'air. Un four de cokéfaction a été modernisé avec soixante-quatre (64) FREE JET Zeeco FREE JET , chacun fonctionnant avec un dégagement de chaleur maximal de 2,93 MW. La puissance thermique maximale totale du four de coke était de 187,5 MW. Les brûleurs ont été conçus pour fonctionner en mode à tirage forcé avec un préchauffage de l'air de combustion à 316 °C et un excès d'air de 8 %. De plus, le four a été conçu pour fonctionner avec une température des gaz de combustion de 820 °C à la sortie de la section radiante.

Résultats

Après l'installation des soixante-quatre (64) brûleurs dans le four à coke, une tierce partie a mesuré les émissions résultantes enregistrées dans les conditions énumérées ci-dessous :

Conditions de fonctionnement :
Nombre de brûleurs : Soixante-quatre (64)
Dégagement de chaleur du brûleur : 2,9 MW par brûleur
Dégagement de chaleur du four : 185,6 MW par four
Excès d'air : 8 %
Émissions de NOx : 49 mg/Nm3
Émissions de CO : 5 mg/Nm3
Économies de carburant calculées : 0,68 % d'économies de carburant par rapport à un fonctionnement avec un excès d'air de 20 %.

Conclusions

L'utilisation d'un système automatisé de régulation de l'excès d'air avec les brûleurs « Next Generation » permet non seulement de réduire les émissions, mais aussi de diminuer les coûts de combustible. Il est ainsi possible d'obtenir des émissions plus faibles tout en réduisant les coûts d'exploitation. La modernisation des brûleurs des fours industriels, avec la mise en place d'un système de régulation de l'air de combustion et du gaz combustible, constitue une solution économique pour réduire les niveaux d'émissions de NOx et diminuer les coûts d'exploitation des équipements de combustion existants. Le niveau optimal d’excès d’air pour obtenir de faibles émissions de NOx et réduire les coûts d’exploitation se situe autour de 8 % d’excès d’air de combustion au niveau du brûleur. Cet article présente un exemple illustrant comment la conception FREE JET GLSF FREE JET peut être associée à un système de régulation de l’air de combustion pour atteindre des émissions de NOx inférieures à 50 mg/Nm³ avec un préchauffage de l’air de combustion à 316 °C et une économie de combustible de 0,68 % par rapport à un fonctionnement avec 20 % d’excès d’air.