Impact de l’oxycombustion sur les blocs réfractaires des brûleurs
Les matériaux réfractaires traditionnellement utilisés sont à base d'alumine, de zircone et de silice. Les blocs réfractaires pour l’isolation thermique des brûleurs oxy combustibles sont sensibles aux points chauds à l'intérieur des fours de verre.
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Certaines zones des éléments réfractaires à la surface des blocs sont exposées à de plus hautes températures que d'autres en raison de conditions locales particulières.
La construction d’un bloc brûleur monté sur le four de la plateforme expérimentale de combustion du centre de recherches d’Air Liquide en France a permis de faire des mesures de températures.
Des thermocouples de type K et d’un diamètre de 1,5 mm ont été placés à l'intérieur de gaines métalliques fixées dans le matériau réfractaire du bloc de forme carrée, à 10 mm de la surface chaude afin d'éviter les phénomènes de condensation à la surface.
Les températures mesurées sont comprises entre 1000°C et 1300°C pour différentes puissances thermiques (de 500 à 1500 kW).
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La cartographie des plus hautes températures à la surface du matériau réfractaire met en évidence la production de forts gradients de chaleur à la surface du bloc. La différence de température entre le point le plus froid et le point le plus chaud est plus grande à puissance élevée : 150°C à 1,5 MW contre 100°C à 500 kW.
Par rapport à la position de la flamme, les points les plus chauds se situent sous les sorties de gaz naturel et les points les plus froids autour des points d’injections d'oxygène.
Sur le plan opérationnel, ces résultats ont été utilisés pour positionner des thermocouples dans le bloc des brûleurs connectés développés par Air Liquide. Le suivi des températures permet de contrôler la résistance à la corrosion chimique dues aux interactions avec les espèces alcalines de l'atmosphère des fours de verre (potassium, sodium, bore) dont les effets sont de nature à dégrader la qualité des propriétés isolantes du réfractaire.
Les brûleurs connectés sont également équipés de capteurs de pression, d'émissivité de flamme et de vibrations pour piloter leur fonctionnement et faire de la maintenance prédictive.
Les paramètres de fonctionnement sont transmis par un système de télécommunication privé d'Air Liquide à une application Internet qui affiche leurs valeurs en temps réel et envoie des alarmes en cas de dérive de fonctionnement.
En termes d'accompagnement des projets clients, les experts d'Air Liquide en combustion ont accès à cette application pour visualiser les paramètres des brûleurs connectés et fournir des conseils améliorant leurs conditions de fonctionnement.
