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Echauffeur d'air.
L'invention a pour objet un échauffeur d'air destiné à échauffer de l'air allant dans une installation utilisant de l'air chaud aussi bien que l'air servant de fluide'de travail dans une installation thermique de force motrice et dans laquelle il circule en circuit fermé tout au moins en majeure partie. Des installations envisagées pour l'utilisation de l'air chaud sont par exemple les hauts-fourneaux.
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L'air retournant dans une :installation thermique de force motrice du genre indiqué à l'échauffeur d'air, possède généralement encore une température de 300 à400 C. Afin qu'il soit possible d'utiliser la chaleur encore contenue dans les gaz de combustion sortant de l'échauffeur, on prévoit le plus souvent encore des réchauffeurs pour l'air de combustion nécessaire à l'échauffeur. Malgré cela et en particulier lorsqu'il s'agit de combustibles pauvres en calories, la température des gaz de combustion est fréquemment encore trop élevée.
Afin qu'il soit possible, dans un échauffeur d'air du genre indiqué, d'obtenir non seulement de basses températures des gaz de combustion, mais également un rendement élevé de l'ensemble de l'échauffeur d'air, l'échauffage suivant l'invention de l'air allant au réseau d'utilisation a lieu dans un système de chauffage qui se trouve au moins en partie dans une zone de température des fumées inférieure à celle régnant dans la zone où est logé le système de chauffage destiné à l'air circulant dans le circuit de l'installation thermique de force motrice.
Le système de chauffage de l'air à utiliser peut alors être subdivisé en deux groupes connectés en série et dont l'un se trouve placé dans la zone de la plus basse température et l'autre dans la zone de la plus haute température des fumées, et le système de chauffage pour l'air circulant dans le circuit de l'installation thermique de force motrice peut alors être intercalé entre ces deux groupes.
Le dessin représente à titre d'exemple et schématiquement des modes d'exécution d'échauffeurs d'air ayant les caractéristiques de l'invention.
La f ig. 1 montre un échauffeur d'air comportant deux groupes d'un système pour le chauffage de l'air destiné à des hauts-fourneaux et un système de chauffage, intercalé entre les deux groupes en question, et destiné à l'air servant de fluide de travail dans une installation thermique de force motrice.
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La fig. 2 montre un échauffeur d'air comportant deux systèmes pour le chauffage de l'air.destiné à des hauts-fourneaux et deux groupes, intercalés entre ces systèmes, et faisant partie d'un système,, de chauffage pour l'air servant de fluide de travail dans une instal- lation thermique de force motrice.
Dans la fig. 1, 1 désigne un haut-fourneau et A une installa- tion thermique de force motrice actionnée par de l'air chaud circulant en circuit fermé. Cette installation comporte une turbine 2 à laquelle l'air chaud arrive d'un système de chauffage 3. Ce dernier forme une partie d'un échauffeur d'air B qui comporte un second système de chauf- fage subdivisé en deux groupes 4 et 5. Vu en direction de la circula- tion des gaz de chauffage traversant l'échauffeur B, le système de chauffage 3 est intercalé entre les deux groupes 4 et 5, connectés en série, de l'autre système de chauffage. Les groupes 4 et 5 sont desti- nés au chauffage de l'air nécessaire au haut-fourneau 1, aspiré par une soufflerie 6 et refoulé dans les groupes de chauffage 4,5.
L'air détendu sortant de la turbine 2 passe successivement dans un échangeur de chaleur 7, un préréfrigérateur 8 et ensuite dans un compresseur 9, actionné par la turbine 2 et comportant trois carters avec deux réfrigérateurs 10 intercalés. Ce compresseur ramène l'air à une pression plus élevée. Cette fraction d'air de pression plus élevée traverse l'échangeur de chaleur 7 où la fraction d'air détendue, venant de la turbine 2, lui cède de la chaleur. La fraction d'air ainsi rame- née à une température plus élevée traverse finalement le système de chauffage 3 qui l'amène à la température d'admission pour la turbine 2.
Pour être complet il convient d'indiquer que 11 désigne un appareil d'utilisation de puissance, actionné par la turbine 2 et constitué par une génératrice, et que 12 désigne un moteur alimenté en courant par la génératrice 11 et qui actionne la soufflerie 6.
L'échauffeur d'air B sert donc aussi bien au chauffage de l'air chaud nécessaire au haut fourneau 1, qu'au chauffage de l'air circulant en circuit fermé dans l'installation thermique de force
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motrice A. Dans la partie de l'échauffeur B, où règne la plus basse groupe de température des gaz de combustion, est disposé le groupe de chauffage 4 dans le- quel l'air venant de la soufflerie 6 et amené au haut-fourneau 1, est échauffé jusqu'à un certain degré. Le système de chauffage central 3 sert à chauffer l'air nécessaire à la turbine aérodynamique 2, et le groupe de chauffage 5, exposé aux températures les plus élevées des gaz de combustion, est destiné à porter l'air du haut-fourneau à sa tempé- rature finale.
La disposition du système de chauffage 3 entre les groupes 4 et 5 du second système de chauffage offre l'avantage que les gaz de combustion sont largement refroidis et qu'il ne règne qu'une pression intérieure relativement faible dans le groupe de chauffage 5, exposé aux températures les plus élevées des gaz de combustion, car on sait qu'il suffit de comprimer l'air des hauts-fourneaux à quelques atmosphères tout au plus, de sorte que pour le groupe de chauffage 5 l'on peut admettre pour les parois des températures élevées par suite de la faible pression intérieure.
Au lieu de prévoir un moteur spécial pour la soufflerie 6 du haut-fourneau, on pourrait également actionner celle-ci à l'aide de la turbine aérodynamique 2. On peut également prévoir à cet effet un dispositif d'entraînement totalement indépendant de l'installation thermique de force motrice, par exemple une machine à vapeur.
Le mode d'exécution que montre la fig. 2 ne se distingue du mode d'exécution précédemment décrit que par le fait que le système de chauffage de l'air circulant dans le circuit fermé de l'installation thermique de force motrice se compose de deux groupes 13 et 14. Vus dans la direction de circulation des gaz de combustion à l'intérieur de l'échauffeur d'air C, ces deux groupes 13 et 14 sont également intercalés entre les deux groupes 15 et 16 de l'autre système de chauf- fage dans lequel l'air destiné au haut-fourneau, arrivant par une con- duite 17 et partant par une conduite 18, est amené à la température finale nécessaire.
Par rapport à l'air allant au réseau d'utilisation et à chauf- fer les deux groupes 13 et 14 sont connectés en parallèle. Mais il est
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également possible de les connecter en série.
Le système de chauffage pour l'air de l'installation thermique .peut se composer d'un nombre de groupes supérieur à deux, tous connec- t'és en parallèle ou en série, ou une partie en parallèle et l'autre partie en série. Même chaque groupe du système d'échauffage pour l'air du haut-fourneau peut être composé de plusieurs faisceaux tubulaires.
Les faisceaux de chaque groupe peuvent être connectés en parallèle ou en série, ou une partie en parallèle et l'autre partie en série.
Le chauffage de l'air allant au réseau d'utilisation peut, dans certaines conditions, être réalisé dans un seul groupe de tubes.
Ce système de chauffage doit alors être reporté dans une zone où les températ,ures des gaz de combustion sont moins élevées que celle de la zone dans laquelle est logé le système de chauffage pour l'air circulant dans le circuit fermé de l'installation thermique de force motrice.
La transmission de la chaleur dans les systèmes de chauffage ou dans les groupes des systèmes de chauffage peut avoir lieu en contre- courant, ou par circulation des fluides en sens unique, ou en contre- courant pour une partie et en courant à sens unique pour l'autre partie.
De préférence, la transmission de la chaleur a lieu en circulation à sens unique dans le domaine des températures les plus élevées des gaz de combustion, et en contre-courant dans le domaine des températures les plus faibles des gaz de combustion.
L'invention est applicable aussi bien aux échauffeurs com- portant un foyer à poussier de charbon qu'à ceux alimentés par des com- bustibles liquides ou solides. D'autre part, pour l'application de l'in- vention, il importe peu que le fluide de travail de l'installation ther- mique de force motrice circule dans un circuit intégralement fermé, ou seulement fermé dans sa plus grande partie.
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Air heater.
The invention relates to an air heater for heating air going into an installation using hot air as well as air serving as working fluid in a thermal power plant and in which it circulates in a closed circuit, at least for the most part. Installations envisaged for the use of hot air are, for example, blast furnaces.
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The air returning to a: thermal motive force installation of the kind indicated to the air heater, generally still has a temperature of 300 to 400 C. So that it is possible to use the heat still contained in the gases of combustion leaving the heater, there are still more often heaters for the combustion air necessary for the heater. Despite this and in particular when it comes to low calorie fuels, the temperature of the combustion gases is frequently still too high.
So that it is possible in an air heater of the kind indicated to obtain not only low temperatures of the combustion gases, but also a high efficiency of the air heater assembly, the heating according to the invention, the air going to the use network takes place in a heating system which is located at least partly in a zone of lower flue gas temperature than that prevailing in the zone where the intended heating system is housed to the air circulating in the circuit of the motive power thermal installation.
The air heating system to be used can then be subdivided into two groups connected in series, one of which is placed in the zone of the lowest temperature and the other in the zone of the highest temperature of the flue gases. , and the heating system for the air circulating in the circuit of the motive power thermal installation can then be inserted between these two groups.
The drawing shows, by way of example and schematically, embodiments of air heaters having the characteristics of the invention.
The f ig. 1 shows an air heater comprising two groups of a system for heating the air intended for blast furnaces and a heating system, interposed between the two groups in question, and intended for the air serving as fluid working in a thermal motive power plant.
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Fig. 2 shows an air heater comprising two systems for heating the air intended for blast furnaces and two groups, interposed between these systems, and forming part of a system, of heating for the air serving as working fluid in a thermal motive power plant.
In fig. 1, 1 designates a blast furnace and A a thermal power plant actuated by hot air circulating in a closed circuit. This installation comprises a turbine 2 to which the hot air comes from a heating system 3. The latter forms part of an air heater B which comprises a second heating system subdivided into two groups 4 and 5. Seen in the direction of the circulation of the heating gases passing through the heater B, the heating system 3 is interposed between the two groups 4 and 5, connected in series, of the other heating system. Groups 4 and 5 are intended for heating the air required for blast furnace 1, drawn in by a blower 6 and delivered to heating groups 4,5.
The expanded air leaving the turbine 2 passes successively through a heat exchanger 7, a pre-refrigerator 8 and then into a compressor 9, actuated by the turbine 2 and comprising three casings with two refrigerators 10 interposed. This compressor returns the air to a higher pressure. This fraction of higher pressure air passes through the heat exchanger 7 where the expanded fraction of air, coming from the turbine 2, gives it heat. The fraction of air thus brought to a higher temperature finally passes through the heating system 3 which brings it to the inlet temperature for the turbine 2.
For the sake of completeness, it should be noted that 11 designates a power utilization device, actuated by the turbine 2 and consisting of a generator, and that 12 designates a motor supplied with current by the generator 11 and which actuates the blower 6.
The air heater B is therefore used both for heating the hot air required for the blast furnace 1 and for heating the air circulating in a closed circuit in the power plant.
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motor A. In the part of the heater B, where the lowest temperature group of the combustion gases prevails, the heating group 4 is placed in which the air coming from the blower 6 and fed to the blast furnace 1, is heated to a certain degree. The central heating system 3 is used to heat the air necessary for the aerodynamic turbine 2, and the heating group 5, exposed to the highest temperatures of the combustion gases, is intended to bring the air from the blast furnace to its final temperature.
The arrangement of the heating system 3 between groups 4 and 5 of the second heating system offers the advantage that the combustion gases are largely cooled and that there is only a relatively low internal pressure in the heating group 5, exposed to the highest temperatures of the combustion gases, because it is known that it is sufficient to compress the air of the blast furnaces to a few atmospheres at most, so that for the heating group 5 it is possible to admit for the high temperature walls due to low internal pressure.
Instead of providing a special motor for the blower 6 of the blast furnace, it could also be actuated by means of the aerodynamic turbine 2. For this purpose, it is also possible to provide a drive device totally independent of the blast furnace. thermal motive power installation, for example a steam engine.
The embodiment shown in FIG. 2 differs from the previously described embodiment only by the fact that the heating system for the air circulating in the closed circuit of the motive power thermal installation is made up of two groups 13 and 14. Seen in the direction for circulation of the combustion gases inside the air heater C, these two groups 13 and 14 are also interposed between the two groups 15 and 16 of the other heating system in which the air intended the blast furnace, arriving through a pipe 17 and leaving through a pipe 18, is brought to the required final temperature.
With respect to the air going to the user network and to the heating, the two groups 13 and 14 are connected in parallel. But he is
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also possible to connect them in series.
The heating system for the air of the thermal installation can consist of a number of groups greater than two, all connected in parallel or in series, or one part in parallel and the other part in series. Even each group of the blast furnace air heating system can consist of several tube bundles.
The beams of each group can be connected in parallel or in series, or one part in parallel and the other part in series.
The heating of the air going to the user network can, under certain conditions, be carried out in a single group of tubes.
This heating system must then be transferred to an area where the temperatures of the combustion gases are lower than that of the area in which the heating system is housed for the air circulating in the closed circuit of the thermal installation. of motive power.
The transmission of heat in heating systems or in groups of heating systems can take place in counter-current, or by circulation of fluids in one direction, or in counter-current for part and in one-way current for the other part.
Preferably, the heat transmission takes place in a one-way circulation in the highest temperature range of the combustion gases, and countercurrently in the lowest temperature range of the combustion gases.
The invention is applicable both to heaters comprising a coal dust hearth and to those fed by liquid or solid fuels. On the other hand, for the application of the invention, it is irrelevant whether the working fluid of the thermal motive power installation circulates in a circuit which is completely closed, or only closed for the most part.