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Brûleurs régénératifs vs. Oxy-gaz

Dans une application de chauffage de four à gaz, la première étape consiste à analyser les différentes technologies disponibles. Deux des technologies les plus intéressantes sont les brûleurs régénératifs et les brûleurs à oxycombustion.

Principes fondamentaux de la combustion
Le combustible le plus couramment utilisé dans les fours est le gaz naturel, composé à plus de 90 % de méthane (CH4). L'air, composé d'environ 20 % d'oxygène (O2) et du reste d'azote (N2), est généralement utilisé comme agent de combustion.

La réaction du gaz naturel avec l'air nécessite environ 10 volumes d'air pour 1 volume de gaz naturel, réagissant avec l'O2 libre et le transformant en dioxyde de carbone (CO2) et en vapeur d'eau (H2O), générant de la chaleur, laissant le N2 dans l'air libre et chaud.

Comparaison entre l'oxycombustion et les combustibles régénératifs
D'un point de vue thermodynamique, l'oxycombustion est plus efficace, car il n'est pas nécessaire de chauffer le N2 inerte. Cependant, la combustion régénérative prend en compte la récupération de chaleur, en tirant parti de la température élevée des gaz d'échappement, et dépend de l'efficacité de la récupération de chaleur du système régénératif.

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 un volume de gaz de combustion cinq fois moins important, car il n'est pas nécessaire de chauffer l'azote de l'air, et les émissions de NOx sont donc pratiquement négligeables.

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 contrôle des brûleurs oxy-combustibles est plus simple, avec des tuyaux et des vannes plus petits, sans nécessiter de ventilateurs d'alimentation ou d'échappement ; tandis que celui des brûleurs régénératifs est plus complexe, avec des cycles de régénération des gaz chauds, et nécessite plus d'espace et un service d'entretien périodique.

Il est vrai que la disponibilité des fournisseurs d'oxygène est proche et fiable, avec des prix qu'il faut analyser et mettre dans la balance du projet.
Application au recyclage de l'aluminium

Dans le cas du recyclage de l'aluminium, compte tenu du fait que la charge matérielle peut contenir un pourcentage d'éléments organiques volatils (peintures, laques, huiles, …), la combustion stœchiométrique n'est pas suffisante pour l'incinération des éléments combustibles supplémentaires, générant des flammes et des émissions incontrôlées, pour lesquelles un ajout d'oxygène supplémentaire est nécessaire.

Avec les brûleurs régénératifs, il est normal d'ajouter une lance à oxygène qui est active pendant le processus d'incinération des volatiles et, avec les brûleurs Oxy-gaz, le rapport de combustion est régulé, en contrôlant avec une sonde O2 à la sortie des gaz de combustion.