Brûleur LO-NOx - LO-NOx burner
Un brûleur LO NOx est un type de brûleur généralement utilisé dans les chaudières utilitaires pour produire de la vapeur et de l' électricité .
Contexte
La première découverte
Vers 1986, John Joyce (de la renommée de Bowin Cars ), un inventeur australien influent, a découvert pour la première fois les oxydes d'azote ( NO x ) et leur rôle dans la production de smog et de pluies acides . Sa première introduction aux complexités du sujet a été provoquée par le travail de Fred Barnes et du Dr John Bromley de la Commission nationale de l'énergie de l'Australie occidentale.
La grande majorité de la recherche et du développement qui remonte à plus de vingt ans portait sur des brûleurs industriels à grande échelle et des mécanismes complexes qui, au final, n'ont pas produit ce que l'on considérerait comme faible en NO x (2 ng / J ou ~ 4 ppm à 0% O 2 sur une base sèche ).
En fait, à ce moment-là, 15 ng / J NO 2 semble avoir été considéré comme faible NO 2 . Le seul message clair qui a traversé toute la masse d'informations qu'il a étudiée était l'effet de la température sur la formation de NO x .
"Le besoin est la mère de l'invention"
À la fin des années 80, les autorités australiennes de la santé et de l'environnement ont fait part de leurs préoccupations concernant la qualité de l'air intérieur et la mesure dans laquelle les appareils de chauffage au gaz sans fumée de style particulièrement ancien contribuaient à des niveaux de dioxyde d'azote (NO 2 ) plus élevés qu'acceptables . Par conséquent, en 1989, le département de l'éducation scolaire de la Nouvelle-Galles du Sud a lancé une enquête approfondie sur le dioxyde d'azote dans les écoles de la Nouvelle-Galles du Sud. À titre de mesure provisoire, les autorités sanitaires ont indiqué qu'un niveau de 0,3 ppm de NO 2 devrait devenir la limite supérieure pour les salles de classe. L' Australian Gas Association a à son tour réduit le taux d' émission de NO 2 à l'intérieur des appareils de chauffage au gaz sans fumée de 15 à 5 ng / J, ce qui reste la limite actuelle. Le gouvernement de la Nouvelle-Galles du Sud, par le biais du Département des travaux publics, a également réévalué les méthodes alternatives de chauffage des salles de classe, afin de garantir un environnement sûr et sain aux élèves.
C'est dans ce contexte que la société de John Joyce, Bowin Technology, s'est lancée dans un important programme de recherche et développement visant à minimiser les émissions de dioxyde d'azote provenant des appareils de chauffage au gaz sans fumée. Bowin Technology s'est donné pour mission de résoudre le problème des émissions à sa source: le brûleur à gaz . Ceci malgré une croyance généralement maintenue par les experts en gaz, selon laquelle les améliorations des brûleurs à gaz commercialement justifiées ne pourraient pas permettre de réduire considérablement les oxydes d'azote (NO x ).
En 1989, un appel immédiat à réduire le niveau de dioxyde d'azote (NO 2 ) à l'intérieur a été déclenché par des articles largement médiatisés et une couverture médiatique en Nouvelle-Galles du Sud, soulignant l'effet de ce produit chimique sur les personnes respiratoires sensibles, telles que les asthmatiques et les bronchiques. problèmes.
Dans le feu du débat sur la qualité de l'air intérieur, diverses institutions publiques australiennes ont été invitées à passer aux appareils de chauffage au gaz fluoré et au chauffage électrique .
En revanche, la Nouvelle-Galles du Sud, grâce à l'action combinée de l' Australian Gas Light Company , des autorités sanitaires et du Département des travaux publics de la Nouvelle-Galles du Sud, a formulé des directives initiales sur la qualité de l'air intérieur. Ces directives ont servi de base aux restrictions du Code australien des appareils à gaz pour les émissions de dioxyde d'azote NO 2 des appareils de chauffage sans conduit, maintenant adoptées dans toute l'Australie.
John Joyce s'est rendu compte qu'aucun autre organisme de réglementation à l'étranger ne faisait de distinction entre NO et NO 2 dans ses directives ou codes environnementaux. En outre, il est apparu que les exigences relatives au niveau total d'oxydes d'azote étaient en place, que les émissions soient fluides ou non.
Par conséquent, John Joyce a appris qu'une partie `` inoffensive '' des émissions de NO x , l'oxyde nitrique (NO), en présence d' hydrocarbures (tels que les propulseurs d'aérosol domestiques , les fuites de gaz possibles et la pénétration des gaz d'échappement des véhicules), se convertit en NO 2 . Cela a été le cas lors de l'enquête sur l'école de la Nouvelle-Galles du Sud. Dans un sens scientifique, il était devenu pratique de calculer à la fois NO + NO 2 , lors de la mesure des niveaux d'oxydes d'azote dans les émissions. D'où la référence désormais couramment utilisée au "NO x total ".
Gaz à effet de serre et smog photochimique
Le gaz naturel, par sa composition, présente un avantage distinct sur les autres combustibles fossiles en termes de dioxyde de carbone , de particules et de dioxyde de soufre produits lors de la conversion en énergie utile . Au début des années 90, de nombreux pays étaient en train de remplacer le pétrole et le charbon par du gaz naturel pour leurs besoins en énergie et en électricité .
Pour conserver cet avantage en tant que carburant «respectueux de l'environnement», les compagnies de gaz australiennes réduisent efficacement les pertes de gaz (émissions de méthane) lors de leurs livraisons et imposent des codes stricts aux fabricants d'appareils et aux installateurs contre les fuites de gaz .
Néanmoins, les spécialistes de l'environnement considèrent la production d'oxydes d'azote comme une menace majeure dans la formation de gaz à effet de serre et de smog photochimique . L'interaction des NOx avec les hydrocarbures des gaz d'échappement des véhicules et de la lumière du soleil peut également former de l' ozone à faible niveau . Dans la stratosphère (environ 25 km plus haut). L'ozone est utile en absorbant la partie la plus féroce du rayonnement ultraviolet du soleil, mais au niveau du sol, il endommage les matériaux et la végétation. Il irrite la gorge, les poumons et les yeux, et un exercice ou un travail intense peut devenir douloureux. De plus, l'efficacité de l'oxyde nitreux en tant que gaz à effet de serre est amplifiée par sa durée de vie plus longue que celle du dioxyde de carbone , du méthane et des CFC.
Essentiellement, la vitesse à laquelle l'ozone à faible niveau est formé est déterminée par les hydrocarbures, tandis que la disponibilité des oxydes d'azote influence la quantité qu'il produit. À ce stade, le débat sur l'environnement prend une tournure surprenante car les industries individuelles ont tendance à se blâmer mutuellement comme cause probable.
Meilleure technologie de contrôle disponible (BACT)
Il est bien établi que les brûleurs à gaz classiques à « flamme bleue » ou Bunsen produisent des oxydes d'azote à des niveaux de 30 à 50 nanogrammes par joule et ne sont donc pas considérés comme ayant un potentiel de réduction des NOx. Les brûleurs à combustion de surface ou les brûleurs à carreaux radiants, en comparaison, produisent des niveaux d'oxydes d'azote 60 à 70% inférieurs. Par conséquent, les recherches de John Joyce sur les brûleurs à faible émission de NO x ont principalement porté sur les techniques de combustion de surface. Un autre problème était l'effet des températures de combustion sur la formation de NO x .
La tâche de John Joyce est devenue encore plus difficile lorsqu'il a décidé de ne pas orienter son développement vers les carreaux à combustion de surface de type radiants. L'utilisation du chauffage radiant pour la plupart des usages institutionnels (autres que le chauffage ponctuel) est considérée comme peu pratique car trop chaude près du radiateur, tandis que la perte de chaleur radiante sur une distance à atteindre est assez dramatique.
Des recherches sur de nombreux développements d'autres types de brûleurs à "faible taux de NOx" ont montré que jusqu'à présent, ces brûleurs étaient soit de conception ou de fonctionnement trop complexes, soit trop chers ou inadaptés. Le plan de John Joyce était d'utiliser un treillis en acier à haute température et a continué à produire des dizaines de prototypes de brûleurs jusqu'à ce que l'un d'eux montre un «potentiel».
La nature scientifique innovante des technologies LO-NO x de John Joyce est confirmée par une protection complète par brevet en Australie , aux États-Unis , au Royaume-Uni , au Japon , en Italie et en France .
En 1993, John Joyce a reçu un Australian Design Award et le statut Powerhouse Museum Selection pour sa gamme de radiateurs "SLE", qui comprend des brûleurs LO-NO x .
L'Australian Academy of Design a sélectionné la gamme de chauffe-eau à gaz SLE pour être présentée dans la vitrine du design lors de la conférence nationale «Innovation by Design» en octobre 1994
Aux États-Unis, les brûleurs de chauffe-eau LO-NO x de John Joyce ont subi avec succès une série de tests exhaustifs pour prouver que ces brûleurs particuliers n'agissent pas comme une source d'inflammation en présence de vapeurs inflammables, résultant d'un déversement accidentel de carburant. Des tests approfondis ont également été effectués pour vérifier sa réduction de NO 2 .
Efficacité énergétique
Des économies de coûts plus tangibles sont définies en comparant les rendements énergétiques des appareils de chauffage au gaz à faibles émissions de NO x avec les types à fluides conventionnels. Les appareils de chauffage à gaz avec des problèmes d'émission sont fluides et perdent par nature des énergies substantielles sous forme de gaz de combustion chauds dans l'atmosphère. De plus, le choix de l'emplacement des appareils de chauffage à fluide est grandement compromis en raison des restrictions d'installation des conduits de fumée.
En revanche, les appareils de chauffage au gaz à faibles émissions ne nécessitent pas de système de cheminée. De plus, avec l'introduction de capteurs d'appauvrissement en oxygène et de commandes thermostatiques, ils ne placent pas une dépendance critique sur la ventilation comme cela avait été le cas. Ces appareils de chauffage peuvent être positionnés plus commodément et centralisés pour affecter une distribution optimale de l'air chaud. Par définition, les appareils de chauffage au gaz à faible émission de NO x sont efficaces à 100% car toute l'énergie thermique libérée par la flamme est convertie en chaleur utile.
Applications de la technologie
- Appareils de chauffage au gaz sans fumée
- Appareils de chauffage au gaz fluoré
- Chauffe-eau à accumulation au gaz