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La présente invention se rapporte à une installation de production de vent pour haut-fourneau et elle a pour objet de simplifier notablement les instal- lations de ce genre en ce qui concerne la construction de l'installation et le montage des différentes machines ainsi qu'en ce qui concerne la conduite de l'ex- ploitation, et ceci en obtenant en même temps une grande sûreté de marche et un rendement élevé de l'installation.
Dans une installation suivant l'invention, on parvient à ce résultat du fait que de l'air est comprimé à la pression du vent dans un compresseur au moins, puis échauffé par échange de chaleur et qu'une première quantité partielle de cet air est amenée au haut-fourneau comme vent chaud et une seconde quantité partielle à une turbine servant à actionner le com- presseur, que, de plus, l'air sortant de la turbine est utilisé comme air combu- rant pour brûler le gaz de gueulard fourni par le haut-fourneau et qu'enfin les gaz de foyer chauds produits par la combustion sont amenés comme moyen de chauf- fage à un dispositif d'échange de chaleur agissant en même temps comme récupéra- teur.
Le dispositif d'échange de chaleur peut présenter de préférence une voie d'écoulement commune pour l'air comprimé affluant au haut-fourneau et à la turbine à gaz. La combustion du gaz de gueulard a alors lieu dans un seul dispositif de combustion monté en amont du dispositif d'échange de chaleur et l'air chaud destiné au haut-fourneau et à la turbine présente la même températu- re en aval du dispositif d'échange de chaleur.
Il est cependant également possible de prévoir un premier dispositif d'échange de chaleur pour échauffer l'air comprimé amené au haut-fourneau, et pour échauffer l'air amené dans la turbine, un second dispositif d'échange de chaleur séparé du premier, un dispositif de combustion propre étant alors affec- té à chacun des dispositifs d'échange de chaleur. Il peut alors être brûlé de préférence dans le dispositif de combustion affecté au premier dispositif d'é- change de chaleur une quantité de gaz de gueulard réglée dans le sens du main- tien de la température du vent à un niveau constant, tandis que, dans le disposi- tif de combustion affecté au second dispositif d'échange de chaleur, est brûlée une quantité de gaz de gueulard influencée en fonction de la quantité de vent nécessaire pour le haut-fourneau.
Il en.résulte à charge partielle une conduite de l'exploitation dans laquelle l'air nécessaire pour la turbine ne doit pas être obligatoirement chauffé à la température du vent du haut-fourneau, ce qui contri- bue à ménager les échangeurs de chaleur destinés à échauffer l'air s'écoulant dans la turbine. On expliquera ci-dessus l'invention plus en détail en se réfé- rant à l'exemple de réalisation représenté par le dessin.
La figure 1 représente schématiquement une installation selon l'in- vention.
La figure 2, une installation avec une disposition et une constitu- tion du dispositif d'échange de chaleur différant de la figure 1.
Le compresseur 1 (figure 1) aspire de l'air ambiant par la conduite 2 et le comprime à la pression de vent demandée par le haut-fourneau, pression de 2,5 kg/cm2 par exemple. L'air comprimé et déjà porté de ce fait à 120 C en- viron parvient ensuite par la conduite 3 dans les tubes 4 du dispositif d'échange de chaleur 5 dans lequel, d'une manière qui sera décrite ci-après, la totalité de l'air passant par les tubes 4 est chauffée à la température du vent chaud nécessaire à la marche du haut-fourneau, 750 C par exemple. L'air échauffé et comprimé est évacué du dispositif d'échangeur de chaleur par la conduite 6. Au point 7 le courant d'air se partage en deux quantités partielles, sensiblement égales par exemple.
La première quantité partielle s'écoule comme vent de haut- fourneau, par la conduite 8 vers le haut-fourneau 9 et une seconde quantité par- tielle, par la conduite 10 dans la turbine 11 comme agent de fonctionnement.
Cette turbine sert à actionner le compresseur 1 et elle est accouplée avec ce dernier par l'arbre 12 qui présente un accouplement débrayable 13. Pour le fonc- tionnement du haut-fourneau 9 sont nécessaires par exemple environ 100.000 mètres @
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cubes normaux à l'heure, de sorte que la quantité d'air à fournir par le compres- seur 1 se monte au total., dans le présent cas de marche, à environ 200.000 mN/H.
Dans la turbine 11, l'air chaud utilisé comme agent de fonctionnement est détendu sensiblement à la pression atmosphérique et la température de l'air sortant de la turbine par la conduite 14 est encore de 560 par exemple.
Une quantité partielle du gaz de gueulard produit dans la marche du haut-fourneau est amenée par la conduite 15 dans le dispositif de combustion 16 et là, il est brûlé en combinaison avec l'air d'échappement de la turbine 11 ser- vant d'air comburant affluant au dispositif 16 par la conduite 14. Les gaz de foy- er produits balaient le côté externe des tubes 4 du dispositif d'échange de cha-- leur 5 et servent ainsi de moyen de chauffage pour échauffer 1" a i r provenant du compresseur 1 et s'écoulant par les tubes 4 Les gaz de foyer re- froidis dans le dispositif d'échange de chaleur sont ensuite conduits dans la cheminée 17 et peuvent être amenés à un consommateur de chaleur non figuré en vue de l'utilisation éventuelle de la chaleur résiduelle qu'ils contiennent encore.
Le compresseur 1 est accouplé avec possibilité de débrayage avec un électro-moteur 18 Celui-ci sert à la mise en marche de l'installation décrite et il est ainsi calculé qu'il est en mesure d'accélérer le groupe de machines 1, 11 à une vitesse angulaire telle qu'à cette vitesse l'installation est capa- ble de fonctionner indépendamment de toute commande étrangère.
S'il faut que le haut-fourneau soit mis en marche en même temps que le groupe de machines 1, 11, il faut assurer une alimentation en combustible in- dépendante de ce haut-fourneau 9. Il peut être employé à cette fin du gaz de gueu- lard en excédent provenant d'un autre haut-fourneau, non figuré, ou il peut être prévu, dans le dispositif d'échange de chaleur 5, un dispositif non figuré de combustion auxiliaire de combustible liquide.
Le moteur électrique 18 est constitué de préférence de manière que, dans le cas où la turbine 11 est mise à l'arrêt (par suite de révision par exempl< il puisse développer une puissance d'entraînement suffisante pour que le compres- seur 1 soit en mesure de comprimer à la pression de vent voulue la quantité de vent exclusivement nécessaire pour le haut-fourneau. Pour l'exemple de réalisa- tion ici décrit la quantité de vent amenée au haut-fourneau se monte à la moitié de l'air comprimé à fournir au total en marche normale par le compresseur. Pour obtenir un point de travail favorable pour le compresseur 1 même dans le cas d'un débit réduit, ce compresseur possède de préférence un dispositif non figuré, destiné à déplacer ses aubes fixes et/ou ses aubes mobiles.
En cas d'entraîne- ment du compresseur 1 par le moteur 18 il faudrait toutefois amener au dispositif de combustion 16 de l'air comburant en quantité suffisante à l'aide d'un venti- lateur non figuré. En outre, les conduits 10 et 14 devraient être pourvues d'or- ganes d'arrêt appropriés.
Pour le règlage de l'installation ainsi décrite, les conduites 3 et 10 sont réunies l'une avec l'autre par une conduite 19 dans laquelle est dispo- sée la vanne 20. En marche normale la vanne 20 est continuellement un peu ouverte de manière qu'une petite quantité partielle d'air comprimé puisse passer dans la conduite d'admission de la turbine 11 en contournant les tubes 4 du dispositif d'échange de chaleur
La vanne 20 sert à régler l'installation pour la marche à charge par- tielle en ce que, du fait de l'ouverture de cette vanne, une plus grande quantité d'air comprimé est amenée dans la conduite d'admission de la turbine 11 en con- tournant le dispositif d'échange de chaleur.
La quantité de gaz de gueulard à brûler peut être influencée à l'aide d'un dispositif thermostatique disposé dans la conduite 6, de manière que reste maintenue une température constante du vent dans chaque cas de fonctionnement. A cette fin peut être prévue dans la conduite 15 une simple soufflante radiale à un étage, cette soufflante présentant alors une conduite de dérivation qui est pourvue d'une vanne de réglage. Cette derniè-
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re peut être en communication de réglage avec un thermostat placé dans la condui- te 6, de telle manière qu'elle soit actionnée automatiquement dans le sens d'un mouvement de fermeture dans le cas où la température baisse et inversement.
Au lieu de la soufflante radiale indiquée, il pourrait aussi être monté dans la con- duite 15 une vanne de réglage qui soit actionnée par le dispositif thermostatique dans le sens d'un mouvement d'ouverture dans le cas où la température du vent baisse et inversement.
Le compresseur 1 est de préférence ainsi constitué qu'il présente une caractéristique en pente raide, c'est-à-dire, que soit assuré un débit res- tant constant du compresseur 1 indépendamment de la contre-pression qui s'établit du fait du chargement du haut-fourneau. Ceci est obtenu en réalisant le compres- seur sous la forme axialeo
L'installation suivant la figure 2 se distingue de l'installation dé- crite en regard de la figure 1 en ce qu'il y est prévu deux échangeurs de chaleur séparés l'un de l'autre pour échauffer l'air comprimé affluant au haut-fourneau et pour échauffer l'air comprimé amené dans la turbine à gaz. L'air aspiré par le compresseur 1 par la conduite 2 s'écoule par la conduite 3 vers le point 23 et là, il est partagé en deux quantités partielles.
Une première quantité par- tielle s'écoule par la conduite 24 dans les tubes 25 de l'échangeur de chaleur 26 et parvient comme vent chaud dans le haut-fourneau 9 par la conduite 27. Une seconde quantité partielle s'écoule par la conduite 28 dans les tubes 29 de l'é- changeur de chaleur 30 et au-delà par la conduite 31 dans la turbine 11 servant encore à actionner le compresseur 1. L'air détendu sensiblement à la pression atmosphérique dans la turbine 11 s'écoule d'abord par la conduite 14 et ensuite en partie par la conduite 32 dans le dispositif de combustion 33 de l'échangeur de chaleur 26 et par la conduite 34 dans le dispositif de combustion 35 de l'é- changeur de chaleur 30. Il est amené aux dispositifs de combustion 33 et 35, du gaz de gueulard provenant de la marche du haut-fourneau, qui passe par la condui- te 15 et les conduites 36 et 37.
Les gaz de foyer refroidis après être passés le long des tubes des échangeurs de chaleur 26 et 30 sont évacués par les con- duites 41 et s'écoulent par une cheminée commune 17. Dans les conduites 36 et 37 de gaz de gueulard sont disposées des vannes de réglage, respectivement 38 et 39. Au lieu de celles-ci pourraient être aussi prévues de simples soufflantes radiales à un étage avec dérivation réglable ce qui permet également un dosage des quantités de gaz de geulard amenées dans les dispositifs de combustion cor- respondants. La vanne de réglage 38 est en communication de réglage avec un ther- mostat 40 se trouvant dans la conduite de vent chaud 27. La vanne 38 est ainsi actionnée qu'il en résulte une température constante du vent, de 800 C par ex- emple.
La vanne de réglage 39 de la conduite de gaz de gueulard 37 peut être actionnée à la main ou automatiquement en fonction de la quantité de vent néces- saire au haut-fourneau, c'est-à-dire, en fonction de la puissance d'entraînement à fournir par la turbine 11 pour le compresseur 1. Si par exemple le haut-four- neau 9 demande une moindre quantité de vent, l'arrivée de gaz de gueulard dans le dispositif de combustion 35 est réduite, ce qui provoque un abaissement de la température d'entrée de l'air dans la turbine et par conséquent une diminution de la puissance d'entraînement produite par la turbine 11.
On obtient de cette manière, en cas de marche à charge partielle, un moindre effort de l'échangeur de chaleur 30 en ce que celui-ci ne doit pas, dans tous les cas de marche, échauf- fer à la température exigée par le haut-fourneau l'air qui s'écoule par son fais- ceau de. tubes. Ceci contribue à ménager l'échangeur de chaleur et par conséquent à augmenter-la sûreté du fonctionnement.
Il ressort clairement des exemples de réalisation ainsi décrits une construction notablement simplifiée par rapport aux installations connues. C'est ainsi que deux turbo-machines seulement sont nécessaires pour la production du vent. Cependant l'invention ne permet pas seulement une construction simple de l'installation, mais encore une constitution particulièrement favorable du com- presseur et de la turbine d'entraînement. Avec les grandeurs d'exploitation indi-
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quées des exemples de réalisation suivant les figures 1 et 2, la turbine ne pos- sède que trois étages et le compresseur 1 six étages seulement. Comme agent de fonctionnement de la turbine sert uniquement de l'air chaud, de sorte que tout encrassement et toute corrosion sont exclus de prime abord.
Les échangeurs de chaleur étant en général beaucoup moins sensibles à l'encrassement ou à la cor- rosion, la purification du gaz de gueulard qui doit être brûlé dans l'installa- tion peut se limiter à un simple dépoussiérage. L'installation présente aussi un très bon rendement tant en marche normale qu'en marche à charge partielle. Une plus grande proportion du gaz de gueulard provenant de l'opération du haut-four- neau peut en conséquence être employée à d'autres fins. Par rapport aux réchauf- feurs de vent (Cowpers) le plus fréquemment en usage actuellement, construits en pierres réfractaires, l'installation permet une marche continue pour ce qui concerne le chauffage du vent de haut-fourneau et par conséquent une conduite particulièrement soignée de l'opération de réduction dans le haut-fourneau.
De plus les pertes de vent considérables des Cowpers sont éliminées. Du fait de la construction simple de l'installation comportant seulement deux turbo-machines résulte pour les machines u n f a i b l e e n c o m b r e m e n t'et une sûreté de fonctionnement élevée qui entre fortement en ligne de compte dans la conduite des hauts-fourneaux. Les dispositifs d'échange de chaleur servant à échauffer le vent de haut-fourneau et l'air s'écoulant dans la turbine peuvent sans difficulté être montés à l'extérieur de la salle des machines.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits .
C'est ainsi qu'il serait concevable sans difficulté de répartir les dispositifs d'échange de chaleur en unités d'échange de chaleur montées en parallèle les unes par rapport aux autres, auquel cas ou bien chacune de ces unités possède son propre dispositif de combustion de gaz de gueulard, ou bien un dispositif de combustion commun est monté en amont de toutes ces unités.
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The present invention relates to an installation for the production of wind for a blast furnace and its object is to considerably simplify installations of this kind as regards the construction of the installation and the assembly of the various machines as well as with regard to the operation of the operation, and this while obtaining at the same time a great operational safety and a high efficiency of the installation.
In an installation according to the invention, this result is achieved owing to the fact that the air is compressed at the pressure of the wind in at least one compressor, then heated by heat exchange and that a first partial quantity of this air is supplied to the blast furnace as hot blast and a second partial quantity to a turbine for operating the compressor, that, moreover, the air leaving the turbine is used as combustion air to burn the top gas supplied by the blast furnace and that finally the hot hearth gases produced by the combustion are fed as heating medium to a heat exchange device acting at the same time as a recuperator.
The heat exchange device may preferably have a common flow path for the compressed air flowing to the blast furnace and the gas turbine. The combustion of the top gas then takes place in a single combustion device mounted upstream of the heat exchange device and the hot air intended for the blast furnace and for the turbine has the same temperature downstream of the device. heat exchange.
It is, however, also possible to provide a first heat exchange device to heat the compressed air supplied to the blast furnace, and to heat the air supplied to the turbine, a second heat exchange device separate from the first, a clean combustion device then being assigned to each of the heat exchange devices. A quantity of top gas can then be preferably burned in the combustion device assigned to the first heat exchange device, adjusted in the direction of maintaining the wind temperature at a constant level, while, in the combustion device assigned to the second heat exchange device, a quantity of top gas is burned which is influenced as a function of the quantity of wind necessary for the blast furnace.
At partial load, this results in an operating pipe in which the air required for the turbine does not have to be necessarily heated to the temperature of the blast furnace wind, which helps to protect the heat exchangers intended for the blast furnace. heating the air flowing through the turbine. The invention will be explained above in more detail with reference to the exemplary embodiment shown in the drawing.
FIG. 1 schematically represents an installation according to the invention.
FIG. 2, an installation with an arrangement and a constitution of the heat exchange device differing from FIG. 1.
Compressor 1 (Figure 1) sucks in ambient air through line 2 and compresses it to the wind pressure requested by the blast furnace, pressure of 2.5 kg / cm2 for example. The compressed air which has already been brought to around 120 ° C. then passes through line 3 into the tubes 4 of the heat exchange device 5 in which, in a manner which will be described below, all air passing through the tubes 4 is heated to the temperature of the hot blast necessary for the operation of the blast furnace, 750 ° C. for example. The heated and compressed air is evacuated from the heat exchanger device via line 6. At point 7 the air stream is divided into two partial quantities, approximately equal for example.
The first partial quantity flows as blast furnace wind, through line 8 to the blast furnace 9 and a second partial quantity, through line 10 into turbine 11 as operating agent.
This turbine is used to actuate the compressor 1 and it is coupled with the latter by the shaft 12 which has a disengageable coupling 13. For the operation of the blast furnace 9, for example approximately 100,000 meters @ are required.
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normal cubes per hour, so that the quantity of air to be supplied by the compressor 1 amounts in total., in the present case of operation, to about 200,000 mN / H.
In the turbine 11, the hot air used as an operating agent is expanded substantially to atmospheric pressure and the temperature of the air leaving the turbine through line 14 is still 560 for example.
A partial amount of the top gas produced in the blast furnace step is fed through line 15 into the combustion device 16 and there it is burned in combination with the exhaust air from the turbine 11 serving as the combustion device. Combustion air flowing to the device 16 through line 14. The produced furnace gases sweep the outer side of the tubes 4 of the heat exchange device 5 and thus serve as a heating means to heat the incoming air. compressor 1 and flowing through tubes 4 The combustion gases cooled in the heat exchange device are then led into the chimney 17 and can be supplied to a heat consumer not shown for use possible residual heat that they still contain.
Compressor 1 is coupled with the possibility of declutching with an electro-motor 18 This is used to start the installation described and it is thus calculated that it is able to accelerate the group of machines 1, 11 at an angular speed such that at this speed the installation is able to operate independently of any foreign command.
If the blast furnace is to be started at the same time as the machine group 1, 11, a fuel supply independent of this blast furnace must be ensured 9. It can be used for this purpose. excess gas from another blast furnace, not shown, or there may be provided, in the heat exchange device 5, a device not shown for auxiliary combustion of liquid fuel.
The electric motor 18 is preferably constructed in such a way that, in the event that the turbine 11 is shut down (following an overhaul, for example, it can develop sufficient drive power for the compressor 1 to be able to compress to the desired wind pressure the quantity of wind exclusively necessary for the blast furnace For the exemplary embodiment here described the quantity of wind supplied to the blast furnace amounts to half the air compressed to be supplied in total in normal operation by the compressor. To obtain a favorable working point for the compressor 1 even in the case of a reduced flow, this compressor preferably has a device (not shown), intended to move its fixed blades and / or its moving vanes.
If the compressor 1 is driven by the engine 18, however, it would be necessary to supply the combustion device 16 with sufficient combustion air using a fan (not shown). In addition, conduits 10 and 14 should be provided with suitable shutoffs.
For the adjustment of the installation thus described, the pipes 3 and 10 are joined together by a pipe 19 in which the valve 20 is arranged. In normal operation, the valve 20 is continuously open a little. so that a small partial quantity of compressed air can pass through the inlet pipe of the turbine 11 bypassing the tubes 4 of the heat exchange device
The valve 20 serves to regulate the installation for part-load operation in that, due to the opening of this valve, a greater quantity of compressed air is brought into the inlet pipe of the turbine. 11 by turning the heat exchange device.
The quantity of top gas to be burnt can be influenced by means of a thermostatic device arranged in the pipe 6, so that a constant temperature of the wind remains in each case of operation. To this end, a simple radial fan with one stage can be provided in line 15, this fan then having a bypass line which is provided with a regulating valve. This last
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re can be in control communication with a thermostat placed in line 6, in such a way that it is actuated automatically in the direction of a closing movement in the event that the temperature drops and vice versa.
Instead of the radial blower indicated, there could also be mounted in the duct 15 a regulating valve which is actuated by the thermostatic device in the direction of an opening movement in the event of the wind temperature falling and Conversely.
The compressor 1 is preferably so constructed that it exhibits a steep slope characteristic, that is to say, that a constant flow rate of the compressor 1 is ensured regardless of the back pressure which is established as a result. loading the blast furnace. This is achieved by making the compressor in the axial form.
The installation according to FIG. 2 differs from the installation described with regard to FIG. 1 in that there are provided two heat exchangers separated from one another to heat the compressed air flowing into the air. blast furnace and for heating the compressed air supplied to the gas turbine. The air sucked in by the compressor 1 through line 2 flows through line 3 to point 23 and there it is divided into two partial quantities.
A first partial quantity flows through line 24 into tubes 25 of heat exchanger 26 and arrives as a hot blast in blast furnace 9 through line 27. A second partial quantity flows through line. 28 in the tubes 29 of the heat exchanger 30 and beyond through the line 31 in the turbine 11 still serving to actuate the compressor 1. The air expanded to substantially atmospheric pressure in the turbine 11 flows first through line 14 and then partly through line 32 in the combustion device 33 of the heat exchanger 26 and through the line 34 in the combustion device 35 of the heat exchanger 30. It Top gas from the blast furnace step is supplied to combustion devices 33 and 35, which passes through line 15 and lines 36 and 37.
The combustion gases cooled after passing along the tubes of the heat exchangers 26 and 30 are discharged through the conduits 41 and flow through a common chimney 17. In the conduits 36 and 37 of the top gas are arranged regulating valves, 38 and 39 respectively. Instead of these could also be provided simple radial blowers with one stage with adjustable bypass which also allows a metering of the quantities of geulard gas supplied to the corresponding combustion devices. . The control valve 38 is in control communication with a thermostat 40 in the hot blast line 27. The valve 38 is so actuated that a constant wind temperature results, for example 800 ° C. .
The regulating valve 39 of the top gas line 37 can be operated by hand or automatically depending on the amount of wind required by the blast furnace, that is, depending on the output of the blast furnace. drive to be provided by the turbine 11 for the compressor 1. If, for example, the blast furnace 9 requires less wind, the supply of top gas to the combustion device 35 is reduced, which causes a lowering of the temperature of the air entering the turbine and consequently a reduction in the drive power produced by the turbine 11.
In this way, in the event of operation at partial load, less strain on the heat exchanger 30 is obtained in that the latter must not, in all cases of operation, heat up to the temperature required by the heat exchanger. blast furnace the air flowing through its bundle. tubes. This helps to protect the heat exchanger and therefore increases the reliability of operation.
It clearly emerges from the embodiments thus described a construction which is significantly simplified compared to known installations. Thus, only two turbo-machines are necessary for the production of the wind. However, the invention not only allows a simple construction of the installation, but also a particularly favorable construction of the compressor and of the drive turbine. With the specified operating variables
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ced with the embodiments according to FIGS. 1 and 2, the turbine has only three stages and the compressor 1 has only six stages. As the operating agent of the turbine serves only hot air, so that any contamination and corrosion are excluded at first glance.
As heat exchangers are generally much less sensitive to fouling or corrosion, the purification of the top gas which must be burned in the installation can be limited to simple dust removal. The installation is also very efficient both in normal operation and in partial load operation. A greater proportion of the top gas from blast furnace operation can therefore be used for other purposes. Compared to the wind heaters (Cowpers) most frequently in use today, made of refractory stones, the installation allows a continuous operation with regard to the heating of the blast furnace wind and consequently a particularly careful conduct of the blast furnace. the reduction operation in the blast furnace.
In addition, the considerable wind losses of the Cowpers are eliminated. Due to the simple construction of the installation with only two turbo-machines, the machines result in a high level of operational reliability and a high level of operational reliability which is strongly taken into account in the operation of blast furnaces. Heat exchange devices for heating the blast furnace wind and the air flowing through the turbine can easily be mounted outside the engine room.
The invention is not limited to the embodiments described.
Thus it would be conceivable without difficulty to divide the heat exchange devices into heat exchange units mounted in parallel with respect to each other, in which case either each of these units has its own heating device. top gas combustion, or else a common combustion device is mounted upstream of all these units.