Les mesures primaires sont des mesures permettant la réduction des émissions à la source contrairement aux mesures secondaires qui permettent de traiter les polluants déjà émis et présents dans les effluents gazeux.

Les oxydes d'azotes se forment lors de la combustion suivant trois mécanismes distincts, le mécanisme « NO-thermique », le mécanisme « NO-précoce » et le mécanisme « NO-combustible ».

Les mesures primaires de réduction des oxydes d'azote limitent ces différents mécanismes de formation.

 

Combustion en faible excès d'air

La combustion en faible excès d'air est une mesure simple et peu coûteuse permettant de réduire les émissions de NOX. Cette mesure consiste à diminuer la quantité d'oxygène disponible afin de réduire l'oxydation de l'azote de l'air comburant. En réduisant la quantité d'O2 à la quantité minimale théorique dite stœchiométrique nécessaire pour une combustion complète, l'oxydation de l'azote contenu dans le combustible est fortement limitée. La formation de NO-thermique est également réduite mais de façon moins importante.

Cette mesure ne requiert aucune énergie supplémentaire mais elle nécessite d'équiper l'installation d'un système de contrôle et de régulation performant. En effet, en cas de mauvais réglage, la combustion risque d'être incomplète et, de ce fait, produire des composés imbrûlés.

 

Etagement d'air

L'étagement de l'air comburant lors de la combustion permet de créer deux zones de combustion distinctes, la première en manque d'oxygène et donc en excès de combustible (substœchiométrique) et la seconde en excès d'oxygène. La première zone est en conditions réductrices. La seconde zone permet de rendre la combustion complète.

La technique de l'étagement d'air se traduit dans les chaudières ou les fours verticaux avec brûleurs multiples par la mise en place de brûleurs à air soufflé, par la mise hors service de certains brûleurs ou par l'injection additionnelle d'air.

Les principaux inconvénients de cette mesure sont :

    • la formation d'importantes concentrations de monoxyde de carbone si les apports d'air secondaire ne sont pas bien situés ;
    • l'augmentation des quantités de carbone imbrulé lors de la mise en place de cette technique dans les chaudières existantes car cela entraîne une réduction de l'espace disponible entre la zone de combustion et l'échangeur de chaleur.

 

Recirculation des gaz de combustion

La recirculation des gaz de combustion consiste en la réinjection des fumées dans la zone de combustion, dans l'air comburant ou le combustible. Cette dilution permet de réduire les températures de flamme et les concentrations en oxygène et donc la formation de NOX thermiques et précoces. 20 à 30 % des fumées sont réinjectées, soit par recirculation interne, soit par recirculation externe.

 

Etagement du combustible

L'étagement du combustible, également appelé recombustion (reburning), repose sur la création de différentes zones de combustion permettant la réduction des NOX déjà formés.

Trois zones de combustion sont créées : une zone primaire, une zone secondaire et une zone de postcombustion.

Dans la zone primaire de combustion, 80 à 85 % du combustible est injecté. La combustion est réalisée dans des conditions d'excès d'air classique, ce qui entraîne la formation de NOX thermiques.

Dans la zone de combustion secondaire ou zone de recombustion, le combustible restant est injecté (15 à 20 %) dans les fumées issues de la zone primaire de combustion. Cette atmosphère réductrice conduit à la réduction des NOX précédemment formés. En effet, les radicaux hydrocarbonés (CHi) produits dans cette atmosphère réduisent les NOX thermiques en N2.

La zone de postcombustion consiste en une injection d'air permettant de compléter la combustion et d'oxyder les imbrulés de la zone de recombustion.

L'efficacité de ce système de traitement dépend des paramètres suivants :

    • la température de la zone de recombustion ;
    • la stœchiométrie de cette combustion ;
    • le type de combustible utilisé ;
    • le temps de séjour dans la zone de recombustion ;
    • l'excès d'air dans la zone de combustion primaire.

 

Brûleur bas-NOx

Le principe de fonctionnement des brûleurs bas NOX diffère des brûleurs classiques sur le mélange combustible / air et son système d'injection. Le fonctionnement général de ces brûleurs est basé sur trois principes permettant la réduction de la formation de NOX :

    • Retarder le mélange air/combustible,
    • Réduire la température de flamme,
    • Réduire la teneur en O2.

Les brûleurs bas-NOX sont de trois types. Ils reprennent les techniques expliquées précédemment :

    • Les brûleurs à étagement d'air,
    • Les brûleurs avec recirculation des fumées,
    • Les brûleurs à étagement du combustible.

Les brûleurs bas-NOX nouvelle génération intègrent généralement les trois solutions de réduction des oxydes d'azote. Ces brûleurs permettent d'atteindre des niveaux d'émission de NOx réduits.

Un brûleur bas-NOX permet d'atteindre une réduction des émissions allant de 25 à 60 % par rapport à un brûleur classique. Cette performance dépend principalement du type de combustible utilisé. En effet, une réduction de 25 à 40% est attendue dans le cas d'un combustible liquide alors que dans le cas d'un combustible gazeux la réduction peut aller jusqu'à 60%. La performance varie également entre une installation nouvelle et une installation existante.