Projet PR20 Brûleurs à hydrogène - Dispositifs de surveillance de flamme

Résumé et principaux résultats

L'exploitation d'un brûleur fonctionnant avec un combustible gazeux requiert une surveillance permanente de la flamme. La surveillance des flammes générées par la combustion du gaz naturel et d'autres combustibles fossiles gazeux peut être réalisée en utilisant plusieurs types de dispositifs. Selon les applications, les technologies de détection le plus courantes sont les sondes d'ionisation, les capteurs ultraviolets et/ou infrarouges et les thermocouples. La surveillance des flammes d'hydrogène pose de nombreux défis. Elle ne peut pas être réalisée avec une sonde d'ionisation car l'oxydation de ce combustible génère un très faible courant d'ionisation, alors que certaines technologies de capteurs optiques pourraient ne pas convenir en raison de la composition des produits de combustion, qui ne contiennent que de la vapeur d'eau. Cette note technique présente un état de l'art de technologies actuellement utilisées pour assurer la surveillance de flamme, dans des applications domestiques et industrielles. Elle détaille les principes de fonctionnement des dispositifs utilisés, et propose une analyse critique de l'impact sur leur performance et efficacité de l'utilisation de l'hydrogène comme combustible, basée sur l'analyse de rapports d'études et de brevet de brûleur fonctionnant avec 100% de H2. La dernière section compare les technologies retenues pour ce combustible, en listant les principaux avantages et inconvénients, définis en tenant compte des différentes exigences du bâtiment et de l'industrie.

Title: Project PR20 Hydrogen burners - Flame detection devices
Abstract: Both residential and industrial burners are equipped with flame detection devices ensuring constant flame monitoring. Flame detection on gas-fired and oil-fired burners can be realized using several different technologies. Depending on the fuel and the application, the prevailing technologies are ionization rods, UV and/or IR optical sensors and thermocouples. Hydrogen flame monitoring presents numerous challenges. Indeed, ionization sensors cannot be used because the flame ionization current is significantly lower than hydrocarbons', whereas optical scanners may not be fit because of the different flue gas composition (it only contains water vapor). This technical report presents the results of a literature survey on the main technologies used in flame detection, for residential and industrial applications. It provides a detailed description of their working principles, as well as a critical review of the performance and reliability of the most common flame failure devices when the burner is fueled with hydrogen. To this end, an extensive review of technical reports and patents on the use of hydrogen in combustion appliances and equipment was done. Finally, the main strengths and weaknesses of the technologies fit for hydrogen flame detection are compared in the concluding section, taking due account of the differing needs of residential and industrial settings.

Thème

Combustion

Mots-clés

Brûleurs, Combustion, Sécurité gaz

Auteurs

TADDEO Lucio