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EP2314921A2 - Procédé de fonctionnement d'une chaudière - Google Patents

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Publication number
EP2314921A2
EP2314921A2 EP10188335A EP10188335A EP2314921A2 EP 2314921 A2 EP2314921 A2 EP 2314921A2 EP 10188335 A EP10188335 A EP 10188335A EP 10188335 A EP10188335 A EP 10188335A EP 2314921 A2 EP2314921 A2 EP 2314921A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air
nozzles
burners
nozzle
burner
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10188335A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP2314921A3 (fr
Inventor
Jean-Claude Pillard
Patrick Muscat
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fives Pillard SA
Original Assignee
Fives Pillard SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fives Pillard SA filed Critical Fives Pillard SA
Publication of EP2314921A2 publication Critical patent/EP2314921A2/fr
Publication of EP2314921A3 publication Critical patent/EP2314921A3/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L9/00—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel 
    • F23L9/02—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel  by discharging the air above the fire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C5/00—Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/08—Disposition of burners
    • F23C5/32—Disposition of burners to obtain rotating flames, i.e. flames moving helically or spirally
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/002—Supplying water
    • F23L7/005—Evaporated water; Steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2201/00—Staged combustion
    • F23C2201/10—Furnace staging
    • F23C2201/101—Furnace staging in vertical direction, e.g. alternating lean and rich zones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/06041—Staged supply of oxidant

Definitions

  • the present invention relates to a method of operating a boiler and a boiler shaped to operate, particularly in rated speed, according to this method.
  • An industrial boiler of the type which comprises at least one liquid and / or gaseous fuel burner disposed in the lower part of the furnace and an additional air injection system with several injection nozzles arranged downstream of the burner.
  • JP 57,207,703 disclose that.
  • the burners 30 operate there stoichiometrically or in the absence of air.
  • the nominal operation of such boilers is typically as follows.
  • the burner operates in lack of air (typically a lack of air of 10 to 35%, which corresponds to a ratio air to stoichiometric air (flow rates) between about 0.9 and 0.65) and the additional air is injected through the nozzles of the additional air injection system (called "OFA” for "Over Firing Air”).
  • OFA Over Firing Air
  • the quantity of air introduced into this post-combustion zone corresponds to an excess of air of 25% to 35% (percentage of excess air in the boiler compared to an air ratio (from the burner and the additional system) on fuel equal to 1).
  • the CO rate is greatly reduced by the additional air injection because of its high reactivity, that of unburnt is only weakly, which ultimately leads to a large production of carbonaceous dust ( in general between 150 and 500 mg / Nm 3 to 3% 0 2 ), well above the European regulation (50 mg / Nm 3 to 3% O 2 ).
  • the need to use a dust collector which is necessarily expensive.
  • the quantity of oxygen released is very important (3 to 5% - relative to the stoichiometry) and the efficiency of the boiler is decreased.
  • the present invention aims to optimize, or even reduce, the rate of nitrogen oxides emitted, while reducing the CO and unburned carbon emissions, and to increase the efficiency of the boiler, that is to say to decrease the "carbon footprint" (the release of CO 2 ).
  • the sum of the values of the axial amount of movement of the air injected by the injection nozzles is greater than or equal to the value of the amount of movement of the ascending fumes produced by the burners.
  • the set of burners will operate globally close to stoichiometry, from a stoichiometric air to air ratio greater than or equal to 0.85 (between 0.85 and 1.05, with uncertainties of measurements, so the set of burners could operate as soon as a substoichiometry, or air defect, of at most 15%), or even in excess of air of at most 5%.
  • the air introduced by the burner and the injection system will represent an excess of air of at most 15%.
  • the boiler 1 may comprise several stages of burners 4, each stage may comprise several burners 4.
  • the burners 4 use liquid and / or gaseous fuels.
  • Each burner 4 can be supplied with air independently of one another or with a common air box for the burners 4.
  • the burners 4 used are burners with a low nitrogen oxide emission, such as, for example, those described in the European patents EP 774 620 , EP 893 651 and EP 1 058 052 .
  • these burners 4 to liquid and / or gaseous fuels comprise a central primary air supply pipe 8, fuel injection means 9, 9a disposed in the central pipe 8, a flame stabilizer 10 disposed at the downstream end of the central air supply pipe 8, and a plurality of secondary air supply pipes 11.
  • the primary air circuit represents at most 60% of the air introduced by the burner (correlatively, the secondary air circuit therefore represents at least 40%).
  • the central air supply duct 8 forms the primary air circuit.
  • the central pipe 8 has a circular cross section. Also preferably it has a conical profile converging in the direction of the air flow (half-angle at the summit less than 5 °). This slight taper improves the quality of the air jet 8a to facilitate the change of direction of the fumes 12.
  • this central pipe 8 projects into the hearth a distance of at least 5 cm from the wall 3 of the boiler 1 carrying the burner 4. The fact of introducing the primary air into the fireplace away from the wall makes it easier to change the direction of the fumes 12 located against this wall 3, thus reducing the swirl at the of the latter and to increase the rate of flue gas recirculated into the flame.
  • the seam is at most 50 cm. Combined with taper, this projection reduces the oxygen content of flue gas recirculation.
  • the secondary air circuit is formed by the different secondary air supply lines 11 which are arranged at the periphery of the central air supply pipe 8 and which are distributed so as to have a homogeneous angular distribution.
  • the secondary air supply lines 11 are grouped in pairs (non-contiguous). This pairing makes it possible, on the one hand, to significantly improve the contact surface between the secondary air and the fumes 12 and, on the other hand, to have recirculation of the fumes in the flame by the two jets d air 13 from the two secondary air supply lines from the same pair. As a result, the flue gas recirculation 12 is improved, the oxygen content in the flame is reduced as is the emission of nitrogen oxides.
  • a burner 4 comprises between four and twelve pairs of secondary pipes 11. In the present example, as illustrated in FIG. figure 2 the burner 4 comprises six pairs.
  • each secondary air supply line 11 has a circular cross section.
  • each of these pipes 11 has a conical profile converging in the direction of air flow (half-angle at the summit less than 5 °). This slight taper improves the quality of the air jet 13.
  • each secondary air supply pipe 11 projects into the hearth of a distance at least 5 cm from the wall 3 of the boiler 1 carrying the burner 2. The introduction of secondary air into the firebox 2 away from the wall 3 facilitates the change of direction of the fumes 12 located against this wall 3, so reduce the swirl at the latter and to increase the rate of flue gas recirculated into the flame.
  • the mesh is not more than 50 cm. Combined with the conicity, this projection reduces the oxygen content of the fumes in recirculation.
  • the air supply of a burner 4, as illustrated in FIG. figure 3 reduces the internal pressure losses of the burner 4.
  • the burner 4 is connected to the box 14 (or the individual supply sheath) by an air inlet 15 to which is associated a main ring 16 movable sliding between a closing position and an open position. In the open position, the air inlet 15 is disengaged and the primary and secondary air circuits are powered. In the closed position, the air inlet 15 is obstructed but allows the passage of the voluntary air leak used for cooling the two circuits.
  • the burner 4 also comprises a separation ferrule 17 which is associated with an orifice 18 made in the primary central air supply pipe 8. This separation ferrule 17 is slidably mounted and allows the ratio of the airfoil to be separated and adjusted.
  • the primary circuit is fed by the portion of the air having passed through the orifice 18, and the secondary circuit by the complementary part.
  • This complementary portion of air is then guided by an annular pipe 19 and then by several boxes 20 (possibly removable) feeding each pair of secondary air ducts 11 (or each pipe 11 if the secondary air ducts 11 are not matched). ).
  • the different boxes 20 could be replaced by a single box forming a conical annular space over the entire periphery and supplying all the secondary air supply lines 11.
  • the low nitrogen oxide emission burner 4 operates in stoichiometry or, preferably, in excess of air of at most 5%.
  • the unburned and CO levels are particularly low and do not come from an excess of fuel.
  • the burners operating in stoichiometry or in excess of air of at most 5%, it is preferable to have an offset of fuel flow between the stages of burners, the fuel flow being all the more important that the burner 4 is at a lower floor.
  • This arrangement makes it possible to obtain optimum reburning of the unburnt products produced in the lowest stage because, on the one hand, the residence time of unburnt products produced in the high temperature zone is the highest, and, on the other hand, On the other hand, the highest stage works in a fairly high excess of air, which encourages the re-burning of these unburnt products produced below.
  • the additional air injection system 5 (usually called “OFA” for "Over Firing Air”) is disposed above all the burners 4, at a distance such that the air does not cause a flame.
  • the air introduced into the boiler 1 by the burners 4 and the additional air injection system 5 represents an excess of air of at most 15% relative to the stoichiometry for the combustion of the fuel introduced by the burners 4.
  • the air introduced by this system 5 represents between 10 and 15% of the air relative to the stoichiometry, depending on the excess air value introduced by the burners 4.
  • the additional air injection system 5 is configured so that the amount of axial movement of the air exiting this system (i.e. the component taken along the exit axis of the air) is greater than or equal to the value of the amount of movement of the rising fumes 22 produced by all the burners 4.
  • the additional air injection system 5 comprises a plurality of injection nozzles 6 which are all supplied with air by the same air supply box.
  • the injection nozzles 6 are arranged, oriented and configured so as to have a homogeneous distribution of the additional air in the sheath 23 in which the fumes produced by the burners 4 flow.
  • the injection nozzles 6 are all arranged at the same level, a level consisting of a horizontal slice of thickness of 1 to 2 meters, so that the air is injected into the same level.
  • the nozzles 6 may be oriented along an axis perpendicular to the walls 3 of the boiler 1 or located through the four corners of the hearth and directed towards the vertical axis of the hearth. This is particularly the case when the boiler 1 is of the tangential heating type with the burners located near the corners of the furnace and oriented so as to generate a rotary flow.
  • the nozzles 6 are carried by the walls, near the corners of the hearth, and oriented towards the vertical axis of the hearth while being offset, so as to promote the rotation of the flames generated by the burners 4.
  • the injection nozzles 6 are arranged on two walls 3 facing each other, these walls being either those carrying the burners 4 or perpendicular to the latter.
  • the air injection system 5 comprises at least two types of nozzle 6, each type of nozzle being characterized by the exit section of the nozzles 6 of this type.
  • the sum of the amounts of axial movement of the air injected by two nozzles carried by two walls 3 facing each other is substantially constant along these walls 3 (the nozzles facing each other may be coaxial or slightly offset).
  • a nozzle 6a of a type faces a nozzle 6b of a second type.
  • the amount of axial movement of the air injected by a nozzle 6a of a first type allows this air to reach the median plane 24 separating the two opposite walls 3 carrying nozzles 6.
  • the amount of axial movement of the air injected by a nozzle 6a of this type is between 500 and 1000 kg.m / s 2 ).
  • the amount of axial movement of the air injected by a nozzle 6b of the second type limits the penetration of this air into the space defined by the wall carrying the nozzle and a plane situated substantially at mid-air. path of this wall 3 and the median plane 24.
  • This type of nozzle 6b allows to introduce air near the walls 3.
  • the injection of air is such that, on the same wall 3, there is an alternation of the nozzles 6a, 6b according to their type.
  • This alternation can be a nozzle of a type then a nozzle of another type, two nozzles of one type then two nozzles of another type, or a nozzle of one type then two nozzles of another type .
  • alternation is 1 to 1.
  • the amount of movement of the nozzles 6 located on one side of the median plane 24, differs slightly from that of the nozzles 6 located on the other side, this to improve the distribution of the air injected into the outlet section 40.
  • This amount of movement is slightly greater for those on the side where the outlet section is closest to the fireplace wall.
  • the design of the system 5 thus complies with the requirement of a total amount of axial axial movement of additional air equal to or greater than the amount of movement of the ascending fumes 22, the requirement of presence of at least two types of nozzle with a amount of axial movement specific to each type of nozzle allowing a clean air penetration for each type to reach a specific plane (the opposite wall if a single wall carries nozzles, the median plane if the two opposite walls carry nozzles , a plane offset from the median plane if the outlet of the furnace of the boiler is off-center with respect to the median plane 24 of the hearth at the burners 4).
  • the ratio of the axial air movement quantities of each nozzle type, the number of nozzles specific to each type, the inter-nozzle distance and the distance separating the two extreme nozzles of the walls perpendicular to that carrying the nozzles are determined in order to have the most homogeneous air distribution downstream of the injection level.
  • the air introduced by the additional injection system 5 makes it possible to very significantly reduce the level of CO emitted by the boiler 1, and to a lesser extent the rate of unburnt carbonaceous.
  • the nozzles 6 are shaped so as to introduce saturated or superheated steam.
  • this steam is introduced by the nozzles of the additional air injection system 5.
  • the steam has the same pressure as that of atomization of the burners (typically between 6 and 14 bars, and between 150 to 300 ° C). Steam promotes the mixing of additional air with fumes by its velocity and expansion, greatly increasing turbulence, and reacts with unburnt carbon by producing carbon monoxide and dihydrogen.
  • the steam injected corresponds to approximately between 3 and 8% of the fuel introduced by the burners.
  • an additional additional air injection system 7 forms a second level of nozzles 6.
  • This additional system 7 comprises a reduced number of nozzles 6c with respect to the main system 5 (Preferably, at most equal to the number of high momentum nozzles 6 of the main system 5).
  • the additional system 7 can be operated without affecting the operating conditions of the first nozzle stage 6 (preferably, each of the nozzles 6c of this system can be sectioned or opened independently of each other).
  • the air injected by the additional injection system 7 is injected at the same level or downstream at a slightly higher level (less than 2.5 m in the middle plane of the main level).
  • the additional system 7 may comprise only one type of nozzle 6c, the arrangement of which preferably follows the rules for disposing the nozzles 6a, 6b of the main system 5.
  • the nozzle axis 6c of the second stage is in a median plane defined by two axes of contiguous nozzles 6a, 6b, as illustrated by the Figures 4 and 5 arranged one below the other.
  • the figure 6 represents a nozzle 6a of the main additional air introduction system 5 of the present embodiment.
  • a nozzle 6 comprises an additional air duct 25 opening to the wall 3 of the boiler 1 (here, flush).
  • the air has an axial flow at the outlet of the nozzle 6, it comprises rectifying members 26 (more precisely, longitudinal flat plates).
  • the pipe 25 comprises a conical convergent zone 27 which is extended downstream by a pipe cylindrical ejection 28 which opens into the furnace 2 and, upstream by a cylindrical air intake pipe 29 in which are arranged the rectifying members 26.
  • the diameter ratio between the intake pipe 29 and the pipe d ejection 28 is 2 or more.
  • the intake pipe 29 comprises an air inlet 30 associated with a ferrule 31 which is slidably mounted. This shell 31 is movable between a closed position in which the air inlet 30 is closed while allowing to pass a minimum amount of cooling air, and an open position in which the air inlet 30 is cleared.
  • the nozzle 6 comprises a steam introducing rod 32 which is disposed close to the axis of the additional air duct 25.
  • each nozzle 6 could also include a second air circuit for introducing air having a rotational flow at the periphery of the axial flow outlet 28 shown in FIG. figure 6 .
  • the jet of air coming from a nozzle would comprise an axial central air flow (with respect to the axis of the nozzle) coming from the central air duct 25 of the nozzle 6, and a flow of tangential component air (relative to the nozzle axis) from a second annular air duct (forming the second air duct of the nozzle) surrounding the central air duct 25.
  • the nozzles 6 are particularly simple. The only adjustment concerns the air flow and it is related to the degree of opening of the shell 31. Preferably, this degree of opening is adjusted according to the speed of the boiler.
  • the air outlet velocity is determined by the pressure difference between the furnace and the air supply box of the nozzles, minus the internal pressure drops that are minimized.
  • the nozzles 6 being fed by the same air box, the air speed at the outlet of the nozzle is substantially identical for all nozzles 6 (typically more than 70 m / s at rated flow with hot air).
  • the air outlet flow rate is imposed by the passage section of the ejection pipe (depending however on the degree of opening of the ferrule).
  • all the nozzles of the same type generate substantially the same air flow.
  • the balancing of the air flow rates for the nozzles of the same type being done by the degree of opening of the ferrule 31.
  • the injection nozzles will then generate a substantially identical air flow.
  • the nozzles 6a, 6b will therefore have different output sections.
  • the angle of rotation is fixed and is not adjustable.
  • the adjustment of the air flow at the outlet of the nozzles can be easily achieved. by the ferrule 31 of each nozzle 6.
  • the adjustment of the air flow of the nozzles 6 according to the speed of the boiler 1 is made taking into account the air flow through each nozzle 6 (flow measured by a conventional sensor) and by changing the ratio between, on the one hand, the sum of the air flow rates passing by the different nozzles 6 and, on the other hand, the air flow of the burners 4 (equal to the difference between the overall air flow of the box and the sum of the flow rates of air passing through the different nozzles 6). This ratio can easily be adjusted by moving the main shell 16 of the burner 4.
  • each burner 4 of the boiler is equipped with fuel injection means 9, 9a whose maximum flow rate is sufficiently high to allow the boiler 1 to operate at its nominal speed with at least a portion of the burners 4 of the upper stage fed only in air (that is, with the fuel supply turned off).

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fonctionnement d'une chaudière industrielle (1) qui comprend au moins un brûleur (4) à combustible liquide et/ou gazeux disposé dans la partie basse du foyer (2) et un système d'injection d'air additionnel (5) à plusieurs buses d'injection (6) disposé en aval de l'ensemble des brûleurs (4). Selon l'invention, l'ensemble des brûleurs (4) fonctionne en stoechiométrie ou en excès d'air d'au plus 5 % et en ce que l'air introduit par l'ensemble des brûleurs (4) et le système d'injection (5) représente un excès d'air d'au plus 15 %.

Description

  • La présente invention concerne un procédé de fonctionnement d'une chaudière ainsi qu'une chaudière conformée de façon à fonctionner, notamment en régime nominal, selon ce procédé.
  • On connaît une chaudière industrielle du type qui comporte au moins un brûleur à combustible liquide et/ou gazeux disposé dans la partie basse du foyer et un système d'injection d'air additionnel à plusieurs buses d'injection disposé en aval du brûleur. JP 57 207 703 divulgue cela. Les brûleurs 30 y fonctionnent en stoechiométrie ou en défaut d'air.
  • Le fonctionnement nominal de telles chaudières est typiquement le suivant. Afin de réduire les émissions d'oxydes d'azote sous un seuil acceptable (aujourd'hui, la réglementation européenne impose un maximum de 400 ou 450 mg/Nm3 à 3% d'02 avec un combustible du type fuel-oil lourd), le brûleur fonctionne en manque d'air (typiquement un manque d'air de 10 à 35%, ce qui correspond à un ratio (de débits) air sur air stoechiométrique compris entre environ 0,9 et 0,65) et de l'air additionnel est injecté par les buses du système d'injection d'air additionnel (appelé « OFA » pour « Over Firing Air »). Ce défaut d'air entraînant corrélativement un excès de combustible, les taux d'imbrûlés carbonés et de CO sont particulièrement élevés, malgré l'emploi du système d'injection d'air additionnel permettant de poursuivre l'oxydation. Vu la quantité importante d'imbrûlés, la quantité d'air introduite dans cette zone de post combustion correspond à un excès d'air de 25% à 35% (pourcentage d'excès d'air dans la chaudière par rapport à un rapport air (provenant du brûleur et du système additionnel) sur combustible égal à 1). Si le taux de CO est fortement réduit grâce à l'injection d'air additionnel du fait de sa grande réactivité, celui des imbrûlés ne l'est que faiblement, ce qui conduit, en fin de compte à une grande production de poussières carbonées (en général comprise entre 150 et 500 mg/Nm3 à 3% d'02), bien au-dessus de la réglementation européenne (50 mg/Nm3 à 3% d'O2). D'où la nécessité d'employer un dépoussiéreur, ce qui est forcément coûteux. En outre, vu la très grande quantité d'air introduite par le système d'injection d'air additionnel, la quantité d'oxygène rejeté est très importante (3 à 5% - par rapport à la stoechiométrie) et le rendement de la chaudière est diminué.
  • La présente invention vise à optimiser, voire réduire, le taux d'oxydes d'azote émis, tout en diminuant les émissions de CO et d'imbrûlés carbonés, et à augmenter le rendement de la chaudière, c'est-à-dire diminuer l'« empreinte carbone » (le rejet de CO2) .
  • Selon l'invention, la somme des valeurs de la quantité de mouvement axiale de l'air injecté par les buses d'injection est supérieure ou égale à la valeur de la quantité de mouvement des fumées ascendantes produites par les brûleurs.
  • Ceci favorise la diffusion et le mélange de l'air injecté par les buses d'injection dans les fumées avant la sortie des gaz du foyer de la chaudière et donc favorise l'oxydation du CO et la réduction optimale des émissions d'imbrûlés carbonés.
  • Dans une réalisation intéressante, l'ensemble des brûleurs fonctionnera globalement proche de la stoechiométrie, à partir d'un ratio air sur air stoechiométrique supérieur ou égal à 0.85(entre 0.85 et 1.05, aux incertitudes de mesures près ; ainsi l'ensemble des brûleurs pourrait fonctionner dès une sous-stoechiométrie, ou défaut d'air, d'au plus 15 %), voire en excès d'air d'au plus 5%. De préférence, l'air introduit par le brûleur et le système d'injection représentera un excès d'air d'au plus 15%.
  • De cette manière, en utilisant un brûleur à basse émission d'oxydes d'azote fonctionnant proche de la stoechiométrie, la production des oxydes d'azote reste dans les normes imposées par la réglementation et les émissions de CO et d'imbrûlés carbonés restent faibles car :
    • o dans un fonctionnement en faible stoechiométrie (défaut d'air d'au plus 15% , soit ratio air sur air stoechiométrique de 0, 85 à 1), les quantités de CO et d'imbrûlés produits par l'excès de combustible au niveau des brûleurs permettent une forte réduction via l'oxydation par l'air injecté par les buses.
    • o dans le cas d'un fonctionnement à la stoechiométrie ou en faible excès d'air (ratio air sur air stoechiométrique de 1 à 1.05): les quantités polluantes ne sont dues qu'à l'imperfection du brûleur (dont le rendement ne peut être de 100%), et les 100% de cet excès ne se retrouvent plus dans les imbrûlés
  • Dans ces deux cas, vu la réduction de production d'imbrûlés et de CO par les brûleurs, la quantité d'air devant être introduit par le système d'injection d'air additionnel est moindre, ce qui permet d'avoir des taux de CO et d'imbrûlés carbonés faibles sans avoir à recourir à l'utilisation d'un dépoussiéreur. Evidemment, la quantité globale d'air introduit dans la chaudière ayant également diminuée, le rendement de cette dernière s'en trouve amélioré. Enfin, le fait d'avoir un meilleur rendement énergétique de la chaudière et le fait de se passer d'un dépoussiéreur permettent de réduire la consommation énergétique de la chaudière et donc de réduire le rejet de CO2. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans le mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins mis en annexe dans lesquels :
    • La figure 1 est une vue schématique en coupe d'une chaudière conforme à la présente invention,
    • La figure 2 est une vue en perspective d'un brûleur de la chaudière de la figure 1,
    • La figure 3 est une vue en coupe simplifiée du brûleur de la figure 2, prise selon un plan passant par son axe,
    • La figure 4 est une vue schématique d'une répartition des buses du système d'injection d'air additionnel, prise selon le plan d'injection de ce système,
    • La figure 5 est une vue schématique d'une répartition des buses d'un système supplémentaire d'injection d'air additionnel, prise selon le plan d'injection de ce système, et
    • La figure 6 est une vue en coupe simplifiée d'une buse du système d'injection d'air additionnel de la chaudière de la figure 1, prise selon un plan passant par son axe central.
    • La figure 1 illustre une chaudière 1 comprenant un foyer 2 délimité par des parois 3. Cette chaudière 1 comprend au moins un brûleur 4 et un système d'injection d'air additionnel 5 à plusieurs buses d'injection 6. Dans le présent exemple, la chaudière 1 comprend aussi un système supplémentaire d'injection d'air additionnel 7 qui comprend également plusieurs buses d'injection 6.
  • La chaudière 1 peut comprendre plusieurs étages de brûleurs 4, chaque étage pouvant comprendre plusieurs brûleurs 4. Les brûleurs 4 utilisent des combustibles liquides et/ou gazeux. Chaque brûleur 4 peut être alimenté en air indépendamment les uns des autres ou par un caisson d'air commun pour les brûleurs 4.
  • Comme illustré à la figure 2, les brûleurs 4 utilisés sont des brûleurs à basse émission d'oxydes d'azote, tels que, par exemple, ceux décrits dans les brevets européens EP 774 620 , EP 893 651 et EP 1 058 052 .
  • De façon plus précise, ces brûleurs 4 à combustibles liquides et/ou gazeux comprennent une conduite centrale d'alimentation en air primaire 8, des moyens d'injection de combustible 9, 9a disposés dans la conduite centrale 8, un stabilisateur de flamme 10 disposé à l'extrémité aval de la conduite centrale d'alimentation en air 8, et plusieurs conduites d'alimentation en air secondaire 11.
  • L'utilisation d'atomiseurs de fuel-oil en métal fritté tels que ceux décrits dans les brevets FR 2 894 854 , FR 2 902 350 et EP 1 797 963 permet d'avoir des gouttelettes de combustibles dont le diamètre moyen est réduit, ce qui permet une combustion plus rapide du fuel-oil et donc une plus faible émission d'imbrûlés carbonés et notamment de cénosphères carbonées.
  • Par ailleurs, notamment afin de réduire les émissions d'oxydes d'azote, il est préférable que le circuit d'air primaire représente au maximum 60% de l'air introduit par le brûleur (corrélativement, le circuit d'air secondaire représente donc au minimum 40%).
  • La conduite centrale d'amenée d'air 8 forme le circuit d'air primaire.
  • De préférence la conduite centrale 8 a une section droite circulaire. Egalement de préférence elle a un profil conique convergent dans le sens de la circulation de l'air (demi-angle au sommet inférieur à 5°). Cette légère conicité améliore la qualité du jet d'air 8a pour faciliter le changement de direction des fumées 12. De préférence, cette conduite centrale 8 fait saillie dans le foyer d'une distance d'au moins 5 cm par rapport à la paroi 3 de la chaudière 1 portant le brûleur 4. Le fait d'introduire l'air primaire dans le foyer à distance de la paroi permet de faciliter le changement de direction des fumées 12 se situant contre cette paroi 3, donc de réduire les remous au niveau de cette dernière et d'augmenter le débit de fumées recirculées dans la flamme. Cependant, afin de pouvoir refroidir correctement la conduite centrale 8 quand le brûleur 4 est à l'arrêt (par un flux d'air minimal correspondant à une fuite d'air volontaire), il est préférable que la saille soit d'au plus 50 cm. Combinée à la conicité, cette saillie permet de réduire le taux d'oxygène des fumées en recirculation.
  • Le circuit d'air secondaire est formé par les différentes conduites d'alimentation en air secondaire 11 qui sont disposées à la périphérie de la conduite centrale d'alimentation en air 8 et qui sont réparties de façon à avoir une répartition angulaire homogène. De préférence, les conduites d'alimentation en air secondaire 11 sont regroupées deux à deux (de façon non jointive). Cet appariement permet, d'une part, d'améliorer de façon importante la surface de contact entre l'air secondaire et les fumées 12 et, d'autre part, d'avoir une recirculation des fumées dans la flamme par les deux jets d'air 13 provenant des deux conduites d'alimentation en air secondaire provenant d'une même paire. De ce fait, la recirculation des fumées 12 est améliorée, le taux d'oxygène dans la flamme est réduit comme l'est l'émission d'oxydes d'azote. De préférence, un brûleur 4 comprend entre quatre et douze paires de conduites secondaires 11. Dans le présent exemple, tel qu'illustré à la figure 2, le brûleur 4 en comprend six paires.
  • De préférence, chaque conduite d'alimentation en air secondaire 11 a une section droite circulaire. Egalement de préférence, chacune de ces conduites 11 a un profil conique convergent dans le sens de circulation de l'air (demi-angle au sommet inférieur à 5°). Cette légère conicité améliore la qualité du jet d'air 13. Tout comme la conduite centrale d'alimentation en air primaire 8, et de préférence à cette dernière, chaque conduite d'alimentation en air secondaire 11 fait saillie dans le foyer d'une distance d'au moins 5 cm par rapport à la paroi 3 de la chaudière 1 portant le brûleur 2. Le fait d'introduire l'air secondaire dans le foyer 2 à distance de la paroi 3 permet de faciliter le changement de direction des fumées 12 se situant contre cette paroi 3, donc de réduire les remous au niveau de cette dernière et d'augmenter le débit de fumées recirculées dans la flamme. Cependant, afin de pouvoir refroidir correctement la conduite quand le brûleur est à l'arrêt (par un flux d'air minimal correspondant à une fuite d'air volontaire), il est préférable que la saille soit d'au plus 50 cm. Combinée à la conicité, cette saillie permet de réduire le taux d'oxygène des fumées en recirculation.
  • L'alimentation en air d'un brûleur 4, tel qu'illustré à la figure 3, permet de réduire les pertes de charge internes du brûleur 4. Le brûleur 4 est relié au caisson 14 (ou à la gaine individuelle d'alimentation) par une entrée d'air 15 à laquelle est associée une virole principale 16 mobile coulissante entre une position de fermeture et une position d'ouverture. En position d'ouverture, l'entrée d'air 15 est dégagée et les circuits d'air primaire et secondaire sont alimentés. En position de fermeture, l'entrée d'air 15 est obstruée mais permet le passage de la fuite volontaire d'air utilisé pour le refroidissement des deux circuits. Le brûleur 4 comprend également une virole de séparation 17 qui est associée à un orifice 18 réalisé dans la conduite centrale d'alimentation en air primaire 8. Cette virole de séparation 17 est montée coulissante et permet de séparer et d'ajuster le rapport d'alimentation des deux circuits d'air. Le circuit primaire est alimenté par la partie de l'air ayant traversée l'orifice 18, et le circuit secondaire par la partie complémentaire. Cette partie complémentaire d'air est alors guidée par une conduite annulaire 19 puis par plusieurs boîtes 20 (éventuellement démontables) alimentant chaque paire de conduites d'air secondaire 11 (ou chaque conduite 11 si les conduites d'air secondaire 11 ne sont pas appariées). Les différentes boîtes 20 pourraient être replacées par une boîte unique formant espace annulaire conique sur toute la périphérie et alimentant toutes les conduites d'alimentation en air secondaire 11.
  • La limitation des pertes de charges internes (principalement du circuit d'air secondaire) découlant de cette configuration permet d'une part, d'augmenter la vitesse de sortie de l'air secondaire (et donc d'améliorer les performances du brûleur 4), et, d'autre part, de réduire la consommation énergétique du ventilateur d'air de combustion (et donc de réduire la quantité de CO2 émis).
  • Conformément à la présente invention, le brûleur 4 à basse émission d'oxydes d'azote fonctionne en stoechiométrie ou, de préférence, en excès d'air d'au plus 5%. Ainsi, les taux d'imbrûlés et de CO sont particulièrement faibles et ne proviennent pas d'un excès de combustible.
  • Pour améliorer encore davantage les performances de la chaudière 1, dans le cas où elle comporte plusieurs étages de brûleurs 4, les brûleurs fonctionnant en stoechiométrie ou en excès d'air d'au plus 5%, il est préférable d'avoir un décalage de débit combustible entre les étages de brûleurs, le débit de combustible étant d'autant plus important que le brûleur 4 est à un étage inférieur. Cette disposition permet d'obtenir un rebrûlage optimum des imbrûlés produits à l'étage le plus bas du fait, d'une part, que le temps de séjour des imbrûlés produits en zone à haute température est le plus élevé, et, d'autre part, que l'étage le plus élevé fonctionne en assez fort excès d'air favorisant le rebrûlage de ces imbrûlés produits plus bas. Ainsi, par rapport à un débit nominal pour les brûleurs d'étages intermédiaires, celui des brûleurs de l'étage le plus bas est augmenté de 2 à 6%, et celui des brûleurs de l'étage le plus haut est diminué de 2 à 6%. Il s'en suit au global un gain sur les émissions d'oxydes d'azote et une absence d'augmentation notables d'imbrûlés, et ce pour des conditions de stoechiométrie globalement inchangées au niveau des brûleurs.
  • En outre, vu la faiblesse du taux d'imbrûlés carbonés, il est possible de réintroduire une partie des fumées (environ 10%) dans le foyer 2 par un circuit de fumées 21 débouchant à la base de ce dernier, dans l'axe de la zone la plus chaude des flammes (dans le plan médian de la chaudière quand celle-ci comporte des brûleurs sur deux parois 3 opposées). Cette réintroduction des fumées permet de réduire l'émission thermique des oxydes d'azote à l'intersection des flammes et des fumées réintroduites, et de régler le débit et la température des fumées à l'entrée du surchauffeur.
  • Le système d'injection d'air additionnel 5 (usuellement appelé « OFA » pour « Over Firing Air ») est disposé au-dessus de l'ensemble des brûleurs 4, à une distance telle que l'air ne provoque pas de flamme.
  • Selon l'invention, l'air introduit dans la chaudière 1 par les brûleurs 4 et le système d'injection d'air additionnel 5 représente un excès d'air d'au plus 15% par rapport à la stoechiométrie pour la combustion du combustible introduit par les brûleurs 4. Ainsi, l'air introduit par ce système 5 représente entre 10 et 15% de l'air par rapport à la stoechiométrie, selon la valeur d'excès d'air introduit par les brûleurs 4.
  • Le système d'injection d'air additionnel 5 est configuré de sorte que la quantité de mouvement axiale de l'air sortant de ce système (c'est-à-dire la composante prise selon l'axe de sortie de l'air) est supérieure ou égale à la valeur de la quantité de mouvement des fumées ascendantes 22 produites par l'ensemble des brûleurs 4.
  • Le système d'injection d'air additionnel 5 comprend plusieurs buses d'injection 6 qui sont toutes alimentées en air par un même caisson d'alimentation en air. De préférence, les buses d'injection 6 sont disposées, orientées et configurées de façon à avoir une répartition homogène de l'air additionnel dans la gaine 23 dans laquelle circulent les fumées produites par les brûleurs 4.
  • De préférence, les buses d'injection 6 sont toutes disposées à un même niveau, un niveau étant constitué d'une tranche horizontale d'épaisseur de 1 à 2 mètres, de sorte que l'air soit injecté dans un même niveau. Les buses 6 peuvent être orientées selon un axe perpendiculaire aux parois 3 de la chaudière 1 ou situées au travers des quatre coins du foyer et dirigées vers l'axe vertical du foyer. Ceci est notamment le cas quand la chaudière 1 est du type à chauffe tangentielle avec les brûleurs situés à proximité des angles du foyer et orientées de façon à générer un flux rotatif. Dans ce cas, les buses 6 sont portées par les parois, à proximité des angles du foyer, et orientées vers l'axe vertical du foyer tout en étant décalées, de façon à favoriser la rotation des flammes engendrées par les brûleurs 4.
  • De préférence, les buses d'injection 6 sont disposées sur deux parois 3 se faisant face, ces parois étant soit celles portant les brûleurs 4, soit perpendiculaires à ces dernières.
  • Afin d'optimiser la répartition de l'air introduit par les buses 6 dans le foyer 23, le système d'injection d'air 5 comprend au moins deux types de buse 6, chaque type de buse étant caractérisé par la section de sortie des buses 6 de ce type.
  • La pénétration du jet d'air provenant d'une buse d'injection 6 dépendant de la quantité de mouvement axiale de l'air en question (et cette quantité de mouvement étant égale au produit de la vitesse axiale par le débit axial), la répartition de l'air dans la gaine 23 est réalisée par la position respective des buses des différents types. Ainsi, il existe des buses d'injection à forte quantité de mouvement axiale et d'autres à faible quantité, et éventuellement des buses à quantité de mouvement intermédiaire.
  • De préférence, dans le but d'avoir une bonne répartition de l'air dans le niveau d'injection, la somme des quantités de mouvement axiale de l'air injecté par deux buses portées par deux parois 3 se faisant face est sensiblement constante le long de ces parois 3 (les buses se faisant face peuvent être coaxiales ou légèrement décalées). Dans le mode de réalisation illustré à la figure 4 où le système 5 ne comprend que deux types de buse, une buse 6a d'un type fait face à une buse 6b d'un second type. La quantité de mouvement axiale de l'air injecté par une buse 6a d'un premier type (buse à forte quantité de mouvement) permet à cet air d'atteindre le plan médian 24 séparant les deux parois 3 opposées portant des buses 6. Ainsi, la quantité de mouvement axiale de l'air injecté par une buse 6a de ce type est comprise entre 500 et 1000 kg.m/s2). La quantité de mouvement axiale de l'air injecté par une buse 6b du second type (buse à faible quantité de mouvement) limite la pénétration de cet air dans l'espace délimité par la paroi portant la buse et un plan situé sensiblement à mi-chemin de cette paroi 3 et du plan médian 24. Ce type de buse 6b permet d'introduire de l'air à proximité des parois 3.
  • De préférence, dans le même but, l'injection de l'air se fait de sorte que, sur une même paroi 3, il y a une alternance des buses 6a, 6b selon leur type. Cette alternance peut être une buse d'un type puis une buse d'un autre type, deux buses d'un type puis deux buses d'un autre type, ou encore une buse d'un type puis deux buses d'un autre type. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 4, l'alternance est 1 pour 1.
  • De préférence, si la sortie 40 du foyer est située de façon dissymétrique par rapport au plan médian 24 (comme représenté sur la figure 1), la quantité de mouvement des buses 6 situées d'un côté du plan médian 24, diffère légèrement de celle des buses 6 situées de l'autre côté, ceci pour améliorer la répartition de l'air injecté dans la section de sortie 40. Cette quantité de mouvement est légèrement plus forte pour les situées du côté ou la section de sortie est la plus proche de la paroi du foyer.
  • La conception du système 5 respecte ainsi l'exigence d'une quantité de mouvement axiale totale d'air additionnel égale ou supérieure à la quantité de mouvement des fumées ascendantes 22, l'exigence de présence d'au moins deux types de buse avec une quantité de mouvement axiale propre à chaque type de buse permettant une pénétration d'air propre à chaque type permettant d'atteindre un plan déterminé (la paroi opposée si une seule paroi porte des buses, le plan médian si les deux parois opposées portent des buses, un plan décalé par rapport au plan médian si la sortie du foyer de la chaudière est décentrée par rapport au plan médian 24 du foyer au niveau des brûleurs 4).
  • Le rapport des quantités de mouvement d'air axiales de chaque type de buse, le nombre de buses propre à chaque type, la distance inter-buse et la distance séparant les deux buses extrêmes des parois perpendiculaires à celle portant les buses sont déterminés afin d'avoir une répartition d'air la plus homogène en aval du niveau d'injection.
  • Ainsi, l'air introduit par le système d'injection additionnel 5 permet de réduire de façon très importante le taux de CO émis par la chaudière 1, et dans une proportion moindre, le taux d'imbrûlés carbonés.
  • Afin de réduire de façon plus importante le taux d'imbrûlés carbonés, les buses 6 sont conformées de façon à introduire de la vapeur saturée ou surchauffée. Ici, cette vapeur est introduite par les buses du système d'injection d'air additionnel 5. La vapeur a la même pression que celle d'atomisation des brûleurs (typiquement entre 6 et 14 bars, et entre 150 à 300°C). La vapeur favorise le mélange de l'air additionnel avec les fumées par sa vitesse et son expansion en augmentant fortement la turbulence, et réagit avec les imbrûlés carbonés en produisant du monoxyde de carbone et du dihydrogène. A cette fin, il est préférable que la vapeur injectée corresponde à environ entre 3 et 8% du combustible introduit par les brûleurs.
  • Dans le présent exemple, afin d'améliorer la réduction des émissions, un système supplémentaire d'injection d'air additionnel 7 forme un second niveau de buses 6. Ce système supplémentaire 7 comporte un nombre réduit de buses 6c par rapport au système principal 5 (de préférence, au plus égal au nombre de buses à forte quantité de mouvement 6 du système principal 5). Le système supplémentaire 7 peut être mis en fonction sans influer les conditions de fonctionnement du premier étage de buses 6 (de préférence, chacune des buses 6c de ce système peut être sectionnée ou ouverte indépendamment les unes des autres). De préférence, l'air injecté par le système supplémentaire d'injection 7 est injecté au même niveau ou en aval, à un niveau légèrement supérieur (moins de 2,5 m au plan moyen du niveau principal). Le système supplémentaire 7 peut ne comprendre qu'un seul type de buse 6c dont la disposition suit, de préférence, les règles de disposition des buses 6a, 6b du système principal 5. Toutefois, il est préférable que l'axe des buses 6c du second étage soit dans un plan médian défini par deux axes de buses 6a, 6b contigües, comme illustré par les figures 4 et 5 disposées l'une en dessous de l'autre.
  • La figure 6 représente une buse 6a du système principal 5 d'introduction d'air additionnel du présent mode de réalisation. Une telle buse 6 comprend une conduite d'air additionnel 25 débouchant à la paroi 3 de la chaudière 1 (ici, de façon affleurante). Ici, afin que l'air ait un flux axial en sortie de la buse 6, celle-ci comprend des organes redresseurs 26 (plus précisément, des plaques planes longitudinales). Afin de concentrer la transformation de la différence de pression en vitesse en limitant les pertes de charge, la conduite 25 comprend une zone conique convergente 27 qui est prolongée en aval par une conduite cylindrique d'éjection 28 qui débouche dans le foyer 2 et, en amont par une conduite cylindrique d'admission d'air 29 dans laquelle sont disposés les organes redresseurs 26. Le rapport de diamètre entre la conduite d'admission 29 et la conduite d'éjection 28 est de 2 ou davantage. La conduite d'admission 29 comprend une entrée d'air 30 associée à une virole 31 qui est montée coulissante. Cette virole 31 est mobile entre une position de fermeture dans laquelle l'entrée d'air 30 est obturée tout en permettant de laisser passer une quantité minimale d'air de refroidissement, et une position d'ouverture dans laquelle l'entrée d'air 30 est dégagée.
  • Enfin, dans le présent mode de réalisation, la buse 6 comprend une canne d'introduction de vapeur 32 qui est disposée proche de l'axe de la conduite d'air additionnel 25.
  • Enfin, chaque buse 6 pourrait également comporter un second circuit d'air permettant d'introduire de l'air ayant un flux rotationnel en périphérie de la sortie 28 à flux axial représentée sur la figure 6. Ainsi, le jet d'air provenant d'une buse comporterait un flux d'air central axial (par rapport à l'axe de la buse) provenant de la conduite d'air centrale 25 de la buse 6, et un flux d'air à composante tangentielle (par rapport à l'axe de la buse) provenant d'une seconde conduite d'air annulaire (formant le second circuit d'air de la buse) ceinturant la conduite d'air centrale 25.
  • Les buses 6 sont particulièrement simples. Le seul réglage concerne le débit d'air et il est lié au degré d'ouverture de la virole 31. De préférence, ce degré d'ouverture est réglé en fonction du régime de la chaudière.
  • Ainsi aucun autre élément de régulation n'est nécessaire, la vitesse de sortie de l'air est déterminée par la différence de pression entre le foyer et le caisson d'alimentation en air des buses, diminuée des pertes de charge internes qui sont minimisées. Les buses 6 étant alimentées par un même caisson d'air, la vitesse de l'air en sortie de buse est sensiblement identique pour toutes les buses 6 (typiquement, plus de 70 m/s au débit nominal avec air chaud).
  • Le débit de sortie de l'air est imposé par la section de passage de la conduite d'éjection (dépendant toutefois du degré d'ouverture de la virole). Ainsi toutes les buses d'un même type génèrent sensiblement un débit d'air identique. L'équilibrage des débits d'air pour les buses d'un même type se faisant par le degré d'ouverture de la virole 31.
  • Ainsi, par les buses d'injection on génèrera alors un débit d'air sensiblement identique. Les buses 6a, 6b auront donc des sections de sortie différentes.
  • Dans le cas de buse injectant de l'air à flux rotationnel, de préférence, l'angle de rotation est fixé et n'est pas réglable.
  • Dans le cas où le caisson d'alimentation en air du système d'injection d'air additionnel 6 est distinct du caisson 14 d'alimentation en air des brûleurs 4, le réglage du débit d'air en sortie des buses peut être réalisé facilement par la virole 31 de chaque buse 6.
  • Dans le cas où le caisson d'alimentation en air est commun pour les buses 6 et pour les brûleurs 4 (typiquement en cas de rénovation de chaudières existantes), le réglage du débit d'air des buses 6 en fonction du régime de la chaudière 1 (et donc des brûleurs 4) est réalisé en tenant compte du débit d'air traversant chaque buse 6 (débit mesuré par un capteur usuel) et en modifiant le rapport entre, d'une part, la somme des débits d'air passant par les différentes buses 6 et, d'autre part, le débit d'air des brûleurs 4 (égal à la différence entre le débit d'air global du caisson et la somme des débits d'air passant par les différentes buses 6). Ce rapport peut être aisément ajusté par le déplacement de la virole principale 16 du brûleur 4.
  • Par ailleurs, dans le cas d'une chaudière ayant plusieurs étages de brûleurs 4, il est possible d'utiliser une partie (de préférence au moins la moitié) ou la totalité des brûleurs de l'étage le plus haut (et éventuellement des étages qui lui sont justes inférieurs) de la même manière qu'une buse 6. A cet effet, de préférence, chaque brûleur 4 de la chaudière est équipé de moyens d'injection de combustible 9, 9a dont le débit maximum est suffisamment élevé pour permettre à la chaudière 1 de fonctionner à son allure nominale avec au moins une partie des brûleurs 4 de l'étage supérieur alimentés uniquement en air (c'est-à-dire, avec l'alimentation en combustible éteint).

Claims (17)

  1. Procédé de fonctionnement d'une chaudière industrielle (1) qui comprend au moins un brûleur (4) à combustible liquide et/ou gazeux disposé dans la partie basse du foyer (2) et un système d'injection d'air additionnel (5) à plusieurs buses d'injection (6) disposé en aval de l'ensemble des brûleurs (4), caractérisé en ce que la somme des valeurs de la quantité de mouvement axiale de l'air injecté par les buses d'injection (6) est supérieure ou égale à la valeur de la quantité de mouvement des fumées ascendantes produites par les brûleurs (4) .
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble des brûleurs (4) fonctionnent en stoechiométrie ou en excès d'air d'au plus 5 %, l'air introduit par l'ensemble des brûleurs (4) et le système d'injection (5) représente un excès d'air d'au plus 15 %.
  3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble des brûleurs (4) fonctionnent avec un ratio air sur air stoechiométrique compris entre 0,85 et 1,05.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'air introduit par l'ensemble des brûleurs (4) et le système d'injection (5) représente un excès d'air d'au plus 15%.
  5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'air en sortie des buses (6) a sensiblement la même vitesse quelle que soit la buse (6).
  6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'air injecté par le système d'injection (5) provient de buses (6) portées par deux parois (3) opposées de la chaudière (1).
  7. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, le système d'injection d'air (5) comprenant au moins une buse d'un premier type (6a) et une buse d'un second type (6b), chaque buse d'un même type générant un débit d'air sensiblement identique et propre à ce type de buse.
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'injection de l'air se fait de sorte que la somme des quantités de mouvement axiale de l'air injecté par deux buses se faisant face est sensiblement constante.
  9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que :
    - la quantité de mouvement axiale de l'air injecté par une buse d'un premier type (6a) permet à cet air d'atteindre le plan médian (24) séparant les deux parois opposées (3) portant des buses (6),
    - et/ou la quantité de mouvement axiale de l'air injecté par une buse d'un second type (6b) limite la pénétration de cet air dans l'espace délimité par la paroi (3) portant la buse (6b) et un plan situé sensiblement à mi-chemin de cette paroi (3) et du plan médian (24).
  10. Procédé selon la revendication 7 ou 9, caractérisé en ce que l'injection de l'air se fait de sorte qu'il y ait une alternance des buses des premier et second types , cette alternance étant soit une à une, soit deux à deux, soit une à deux.
  11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chaudière (1) étant du type à chauffe tangentielle avec les brûleurs situés à proximité des angles du foyer, l'air injecté par le système d'injection d'air additionnel (5) provient de buses (6) portées par les parois, à proximité des angles du foyer, et orientées de façon à favoriser la rotation des flammes engendrées par les brûleurs (4) .
  12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le jet d'air introduit par chaque buse (6) comprend un flux central axial généré par une conduite centrale d'air et un flux à composante tangentielle généré par une conduite annulaire ceinturant la conduite centrale.
  13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que de la vapeur d'eau est injecté dans la chaudière par les buses (6) du système d'injection d'air additionnel (5).
  14. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, chaque brûleur (4) comportant un circuit d'air primaire et un circuit d'air secondaire, au minimum 40% de l'air introduit par le brûleur (4) l'est par le circuit secondaire.
  15. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les brûleurs (4) et les buses (6) du système d'injection d'air additionnel (5) se trouvant alimenté en air par un caisson d'alimentation commun, la répartition de l'air entre les brûleurs (4) et les buses (6) en fonction de l'allure de la chaudière (1) est déterminée par le déplacement simultané des viroles principales (16) des brûleurs (4), la virole principale (16) d'un brûleur (4) étant adaptée à ouvrir et à fermer l'entrée d'air (15) du brûleur (4) qui est commune à des circuits d'air primaire et secondaire que ce dernier comporte.
  16. Procédé selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que l'air primaire et/ou l'air secondaire d'un brûleur (4) est introduit dans le foyer (2) à une distance comprise entre 5 et 50 cm de la paroi (3) portant ce brûleur (4) .
  17. Procédé selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisé en ce que le flux d'air secondaire introduit par le circuit secondaire est généré par des conduites d'alimentation en air secondaire (11) réparties angulairement autour du circuit primaire et rapprochées deux à deux l'une de l'autre.
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