La combustion oxy-gaz est la combustion parfaite et la plus efficiente, comparée à toutes les autres applications de combustion. Il est vrai que toutes les autres applications utilisent l’oxygène de l’air comme comburant et qu’aujourd’hui, l’air est toujours gratuit, mais l’oxygène, étant un sous-produit de l’air, nécessite un traitement et une distribution qui doivent être payés.
Les brûleurs à oxygaz ont un rendement optimal, car ils n’utilisent que de l’oxygène comme comburant. Le rapport oxygène/gaz naturel est d’environ 2:1, comparé au rapport air/gaz naturel qui est de 10:1, soit 5 fois moins de volume de fumées, car nous ne devons pas chauffer 79% de l’azote de l’air, et donc les émissions de NOx sont pratiquement négligeables.
Le graphique 1 montre le pourcentage de puissance thermique disponible en fonction de la température des fumées à différents niveaux d’oxygène. Par exemple, à une température de 1095°C (2000°F) avec de l’air standard à 21% d’O2, la chaleur disponible est de 46%. Cela signifie que, si la puissance fournie au four est de 1000 kW, seuls 460 kW sont disponibles ; en revanche, avec 100 % d’O2, on passe à 75 %, soit 750 kW.
En outre, l’ajout d’azote de l’air dans le processus ne pose pas seulement des problèmes environnementaux, mais augmente également les coûts de combustible.
Le graphique 2 montre un four qui, à 1095°C (2000°F), avec 100 % d’oxygène au lieu de l’air, consommera environ 38 % de combustible en moins. Moins de combustible brûlé ne signifie pas seulement une réduction de la facture de combustible, mais aussi moins de m3 de gaz de combustion émis. La réduction du volume des fumées permet de réduire les émissions de CO2 dans l’atmosphère.
La réduction de la consommation de combustible apporte également d’autres avantages plus subtils.
– Comme moins de produits de combustion entrent dans le four, le temps de séjour dans le four augmente, ce qui accroît l’efficacité énergétique.
– En règle générale, les fours sont réglés de manière à ce qu’il y ait 1 à 2 % d’oxygène en excès dans les gaz de combustion. Cela permet de compenser le pouvoir calorifique variable du gaz naturel. Si l’excès d’O2 n’est pas consommé dans le processus de combustion, il reste disponible dans le four pour la formation de scories (AL203). Si l’on a besoin de moins de combustible, on a besoin de moins d’oxygène. Cela signifie que 1 à 2 % d’O2 excédentaire est en fait moins d’oxygène, ce qui signifie que moins d’oxygène disponible passe dans le four pour la formation de scories.
Sur le papier, la combustion oxy-gaz semble être la meilleure option, mais il y a d’autres considérations à prendre en compte :
– La température de la flamme d’un brûleur standard air/gaz ambiant est de 1760°C, alors qu’une flamme oxy-gaz peut atteindre des températures supérieures à 2800°C.
– Cette température élevée permet d’augmenter la puissance et les rapports de chauffe, ce qui se traduit souvent par une augmentation de la production, pour le même foyer de chauffe.
– Cependant, dans la première partie du cycle de fusion avec un processus de chargement direct, le transfert de chaleur par convection vers le chargement est essentiel. Le taux de transfert dépend du volume, de la température et de la vitesse des gaz. La combustion oxy-gaz réduit considérablement le volume des gaz.
– Une réduction de 38 % de la consommation de gaz serait normalement très intéressante, mais elle doit être compensée par le coût de l’oxygène. Quel est le coût par tonne fondue ?
– La vitesse de fusion sera-t-elle affectée ?
– Une teneur en NOx de 0 ppm n’est pas réalisable en raison des prises d’air autour des portes, etc. Cet air contient de l’azote, qui produit un peu de NOx.
Avantages de la combustion oxy-gaz :
– Efficacité énergétique accrue et économies de carburant
– Réduction des émissions de NOx, de particules, de CO et de CO2
– Réduction des coûts d’équipement, pas de ventilateurs, brûleur plus petit…
– Réduction des gaz de combustion, avec moins de flux de fumée et de filtration.
– Élimination des régénérateurs et des récupérateurs de chaleur.