Nippon Sanso : 【Taiyo Nippon Sanso】Développement de l'hydrogène

28 août 2023

Développement d’un brûleur hydrogène-oxygène pour fours industriels

Les technologies de combustion de carburant et d'oxygène sans carbone contribuent à la réduction des émissions de CO2

Émissions dans les fours industriels

Taiyo Nippon Sanso Corporation (Président : Kenji Nagata ; ci-après « TNSC »), une société japonaise de gaz industriels du groupe Nippon Sanso Holdings, a développé un brûleur hydrogène-oxygène alimenté par de l'hydrogène gazeux pour les fours industriels. Le développement permet à la série de brûleurs à oxygène de TNSC (SCOPE-JETⓇ, Innova-JetⓇ et Innova-JetⓇSwing) d'utiliser l'hydrogène comme carburant. La combustion à l’aide d’hydrogène gazeux ne produit aucun dioxyde de carbone (CO2) car le carburant ne contient pas de carbone. En déployant cette technologie, TNSC contribuera à la mise en œuvre sociale de l'hydrogène énergie et à la réduction des émissions de CO2 dans le domaine des fours industriels.

1. Contexte du développement de produits

Environ 1,12 milliard de tonnes de CO2 sont émises chaque année au Japon, dont 35 % proviennent du secteur industriel. Le CO2 est émis par de nombreux fours industriels. Le nombre de fours industriels au Japon est estimé à environ 37 000 et l'objectif du gouvernement de neutralité carbone d'ici 2050 sera atteint ; ces installations doivent prendre des mesures pour réduire les émissions de CO2.

TNSC se concentre sur l'ammoniac en tant que combustible sans carbone et développe un brûleur ammoniac-oxygène depuis 2014. L'hydrogène attire l'attention en tant que combustible sans carbone pour les fours industriels, aux côtés de l'ammoniac. TNSC développe un brûleur hydrogène-oxygène depuis l'exercice 2021 pour offrir aux clients diverses options pour réduire les émissions de CO2 dans le domaine des fours industriels.

2. Aperçu du développement et des caractéristiques du brûleur à lance à oxygène à grande vitesse SCOPE-JETⓇ

SCOPE-JETⓇ est un brûleur à lance qui forme un jet d'oxygène supersonique et constitue une technologie d'économie d'énergie pour les fours à arc électrique (« EAF ») pour la fusion de la ferraille. Contrairement aux brûleurs auxiliaires conventionnels, SCOPE-

JETⓇ fonctionne dans le processus de fabrication de l'acier comme un brûleur à oxygène qui aide les déchets à fondre plus rapidement pendant la « phase de fusion » immédiatement après que les déchets de fer sont introduits dans l'EAF et comme une lance à oxygène pendant la « phase de raffinage » après la fusion des déchets. Ces caractéristiques contribuent de manière significative à l’amélioration de la productivité et à la réduction de l’intensité énergétique dans le processus de fabrication de l’acier EAF.

La combustion de l'hydrogène avec SCOPE-JETⓇ entraîne des températures de flamme et des vitesses de combustion élevées, provoquant des températures élevées à proximité du brûleur et nécessitant des mesures pour réduire la charge thermique sur le brûleur. L'application de la structure de buse unique du TNSC permet une combustion stable et acquiert des caractéristiques de jet équivalentes à celles des carburants au gaz naturel.

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[Mode Lance]

Gaz naturel 80 Nm3/h

Oxygène 800 Nm3/h

[Mode Lance]

Hydrogène 400 Nm3/h

Oxygène 800 Nm3/h

[Mode brûleur]

Hydrogène 500 Nm3/h Oxygène 800 Nm3/h

Fig.1 Flammes de combustion du SCOPE-JETⓇ

Brûleur enrichi en oxygène à très faible teneur en NOx Innova-JetⓇ

Innova-JetⓇ est une technologie économe en énergie pour les fours de chauffage et les fours de fusion et contribue grandement à la diminution de l'intensité énergétique en réduisant considérablement les pertes de chaleur dues aux gaz d'échappement. Lors de l’adoption d’une combustion enrichie en oxygène dans les fours de chauffage, une grande quantité de NOx générés doit être contrôlée. La structure de buse unique du TNSC et sa combustion à plusieurs étages réduisent considérablement les émissions de NOx, et le brûleur a été appliqué à divers fours industriels.

La combustion de l'hydrogène avec Innova-JetⓇ entraîne une température de flamme élevée, nécessitant des mesures supplémentaires de contrôle des NOx. L'amélioration du concept de buse conventionnel afin qu'il soit optimal pour l'hydrogène réduit les émissions de NOx à un niveau pouvant être utilisé dans les fours industriels et acquiert des caractéristiques de transfert de chaleur équivalentes à celles des brûleurs à gaz naturel. TNSC mène actuellement des tests d'évaluation d'Innova-JetⓇ dans des fours réels en Europe.