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Les fabricants de brûleurs à l’épreuve des NOx

09 Juin. 20

L’enjeu environnemental est un défi d’ampleur mondiale qu’il importe de relever pour les générations futures. Aujourd’hui, l’utilisation d’énergies renouvelables ne suffit pas à satisfaire l’ensemble des besoins mondiaux. Les énergies fossiles restent incontournables.

Au même titre que pour d’autres branches d’activité dont l’auto- mobile, le segment des brûleurs doit répondre aux problématiques en v i r o nnem en t a l e s . De s recherches fondamentales sont menées par les constructeurs dans le domaine pour réduire les émissions polluantes, en particulier les émissions d’oxydes d’azote dont le terme générique est NOx.
En matière de technique des brûleurs, 3 paramètres importants influencent la formation de NOx :

  • La température de la flamme.
  • La quantité d’oxygène.
  • Le temps de séjour dans la flamme. La température de la flamme est le facteur déterminant pour la formation de NOx. Le graphique ci-contre démontre l’impact décisif de la température de flamme sur la production de NOx.

Le temps de séjour
La formation de NOx intervient relativement lentement ; plus la durée de séjour de l’O2 et du N2 dans la zone de combustion est longue, plus il peut y avoir formation de NOx.

La concentration d’oxygène
En fonction de la quantité d’air de combustion, il est à distinguer un mélange riche (λ < 1), dans lequel trop peu d’air est ajouté, d’un mélange pauvre (λ > 1), dans lequel il y a excès d’air, et d’une combustion
stoïchiométrique (λ = 1). La formation de NOx sera la plus élevée avec λ = 1. En effet, la température de la flamme, et par conséquent la température dans la zone de combustion, est la plus élevée. D’un autre côté, le rendement thermique du générateur sera le plus élevé en raison d’une formation de CO extrêmement faible. Il faut donc, pour ce qui est du facteur d’air, rechercher le meilleur compromis possible.

Pour des brûleurs gaz naturel, il n’y a presque pas de limite en ce qui concerne la réduction des NOx d’un point de vue technique. Il n’en est pas de même pour le fioul domestique. En effet, la teneur en
azote liée au combustible est quasi complètement convertie en NOx lors de la combustion et se retrouve en quantité significative à l’issue du processus.

Forts de ces connaissances, les constructeurs ont élaboré différents concepts techniques pour réduire fortement la formation de NOx. Souvent, plusieurs techniques Low NOx sont mises en oeuvre pour tendre vers des solutions Ultra Low NOx.

Ainsi, pour la fabrication de ses brûleurs, Weishaupt a dû faire face à des exigences en termes de VLE (Valeurs limites d’émission) toujours plus drastiques en France et dans le monde, en s’engageant de
manière intensive dans le développement de nouvelles technologies élaborées par son centre R&D basé à Schwendi (Allemagne). La combustion surfacique du brûleur monarch PLN constitue sa réponse technique jusqu’à 3 000 kW pour obtenir des émissions NOx < 20 mg/m3n sur une plage de modulation possible de 1 à 7. Un produit récompensé lors du concours de l’Innovation du Mondial du Bâtiment, en septembre 2017.

D’autres solutions ont été développées par Weishaupt pour des puissances jusqu’à 22 MW. Elles associent à la fois une tête de combustion à recirculation interne et un dispositif à recirculation externe des fumées pour atteindre des émissions NOx < 30 mg/kWh en gaz naturel.

Cette technologie est aussi bien appliquée sur des brûleurs monoblocs que biblocs avec ventilateur d’air comburant dissocié.

Par Raymond Jeanjean, Weishaupt

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