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Procédé d'injection de combustible liquide dette un four à cuve
La présente invention est relative à un procédé d'injection de combustible liquide dans un four ci cuve. on connaît l'intérêt que présente l'injection de combustible liquide dans un four à cuve et spécialement dans un haut fourneau, dont elle permet d'abaisser sensiblement la mise au mille du coke. Cette injection permet également d'assu- rer la régulation de la marche du fourneau en fonction d'impéra- tifs déterminés.
Afin de pouvoir tirer le maximum d'avantage de cette injection, on a déjà préconise de préchauffer le com- bustible et éventuellement de faire débuter sa combustion un peu avant son entrée dans le fourneau. On a également déjà en-
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visage de pulvériser le combustible et de le mélanger à un gaz oxydant afin de favoriser une bonne combustion de l'un par l'au- tre.
Les différentes méthodes déjà préconisées et utilises, présentent cependant certains inconvénients. Le pré-
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cltcmf'ia;c du fuel donne lien an crackin!,; du combustible) dans <i<,s ronditions ou! conduisent le plue souvent à l'obstruction d('1" irt,jcctenr. La pulvérisation du combustible liquide se fait !"o')" 1H'.!,..,,1011 élevée, ou à l'aide d'un {';8Z comprimé, ce qui né- -itc, l'emploi de dispositifs haute pression, ou produit .3 abaissement de la température dil à la présence du gax froid.
Les procédée dans 1el"qlle 1 on préconise la <:o1tli>ii=tion, nii moins partielle du combustible avant son entrée dans le fourneau, présentent par ailleurs l'inconvénient d' exiger un temps de rétention assez long du comburant et du com- bustible dans la tuyère d'injection.
La présente invention a notamment pour objet un procédé permettant de remédier à ces divers inconvénients.
.Le procédé, objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce que, aussi près que pos- aible d'une tuyère de soufflage d'un four à cuve, on introduit
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un jet df rombtietible liquide dans une chambre où il est eoumie à une opération de détente, en ce qu'on y réalise le mélange le plus intime possible entre le jet de combustible et titi jet de gaz comprimé dirigé contre le dit jet de combustible pour le pulvériser, en ce que l'on fait passer le dit mélange dans une @uyère à convergent-divergent, au sortir de laquelle il est
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.!1ollmi à l'action d'un fluide gazeux chaud oxydant,
dans une proportion telle que tout le combuatible présent dans le mélan- ge soit pratiquement brûlé avant l'entrée des produits gazeux dans le four à cuve.
Le jet de gaz comprimé peut. éventuellement être préchauffé, ce qui conduit un début de gazéification du combustible liquide, Les produits solides apparus à la suite d' un crackinp, éventuel ne peuvent toutefois provoquer d'obstruc- tion des ajutages de sortie, car cette sortie se fait à travers une tuyère à convergent-divergent dont le col est suffisamment
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large pour permettre l'entraînement des dites particules selides crackées, ce qui évite tout dépôt intempestif.
Le gaz comprimé peut être de l'air, ou un mé- lange gazeux comportant une forte proportion d'oxygène. De cette façon, il est possible de faire débuter la combustion des avant l'entrée du combustible dans la tuyère.
Le gaz comprimé peut également être constitué en tout ou en partie de gaz combustible, ce qui permet de modi- fier. dans de plus larges limites, la quantité et le niveau thermique des calories débitées par la flamme sortant de la tuyère.
Il ne sort pas du domaine de l'invention, de constituer le jet de combustible liquide, de plusieurs jets par tiels, soumis chacun à l'action de gaz comprimé pulvérisant, les mélanges partiels ainsi constituée pénétrant ensuite dans la tuyère à convergent-divergent, avant que leur combustion ne soit terminée.
Suivant une variante avantageuse du procédé de l'invention, avant de soumettre le combustible liquide à l'op.. ration de détente, on y introduit de l'eau liquide, la pression du mélange ainsi constitué étant suffisamment basai four que l' eau se vaporise au cours de la détente, ce qui favorise égale- ment la pulvérisation du combustible.
Suivant cette variante, la quantité d'eau à utiliser pour pulvériser le combustible est choisie la plus faible possible; des quantités de l'ordre de 5% du volume de combustible sont à considérer comme normales, cette indication étant cependant donnée à titre d'exemple, sans aucun caractère de limitation. Par ailleurs, les pressions les plus favorables à la pulvérisation du fuel par vaporisation de l'eau ont en général inférieures à 10 kg/cm2. tout en restant les plus éle- vées possible afin de pouvoir disposer de débita de fuel élevés,
La matière de cette variante prise en elle-même isolément donne également lieu à un processus de pulvérisation de fuel très simple et très efficace; elle doit être considérée comme restant dans le domaine de la présente invention.
Toutefois. la combinaison de l'effet de détente
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du fuel, de la vaporisation de l'eau et de l'impact du gaz comprimé sur le fuel, permet d'obtenir une pulvérisation spé- cialement poussée de celui-ci et eon mélange de façon remarqua- blement homogène avec le comburant, ce qui favorise une évolu- tion très régulière de la combustion du mélange. conformément au processus déjà indiqué plus haut,
Le schéma ci-après, donné à titre d'exemple non limitatif, et non à l'échelle, permettra de mieux compren- dre le procédé de l'invention et comment on peut concevoir un dispositif permettant sa mise en oeuvre.
La figure 1 représente une vue schématique d' un dispositif suivant l'invention, la figure 2 représente un détail de la figure 1,' "
Le repère 1 (fig.l) représente une section transversale de la canalisation circulaire à vent chaud entou- rant un haut fourneau dont une paroi se trouve en 2. En 3 se trouve une déviation reliant la canalisation 1 au bueillon 4 et à la tuyère 4a. Une tuyauterie 5 amène dans une chambre 6 le combustible liquide éventuellement additionné d'eau. Entre deux canalisations concentriques 7 et 8, circule un gaz compri- mé pouvant être de l'air. Ce gaz débouche à son tour dans la chambre 6 par la paroi latérale 9 de la dite chambre et se mélange au combustible amené par 5.
Le mélange s'échappe au travers de la tuyère 10 à convergent-divergent, Un second con- vergent 11 modifie la forme de la flamme en la rendant aussi courte que désirée. Une partie du vent chaud cet aspirés à 1' intérieur du convergent 11 et achève de brûler le combustible se trouvant dans le mélange sortant de la chambre 6. De cette façon, la combustion des gaz et.du combustible liquide sortant de 10 est intensifiée. La zone oxydante qui, dans le fourneau entoure chaque tuyère d'injection, ne reçoit donc plus de com- bustible imbrûlé par la dite tuyère.
Sur la figure 2, la conduite 5 qui amené le com- bustible liquide dans la chambre 6, est divisée en plusieurs conduits 12 débouchant obliquement dans cette chambre, de façon à ce que le jet de combustible eortent par chaque conduit 12 aille rencontrer l'air entrant par les ouvertures 13 dans la
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chambre 6. La rencontre du combustible.et de l'air se fait au voisinage de la paroi par laquelle l'air entre et sensiblement dans le plan contenant les dites ouvertures 13. Ces ouvertures sont telles que les jets d'air pénètrent tangentiellement dans la chambre 6. Chacun de ces jets pul.vérise le combustible li- quide, se mélange avec lui, éventuellement le gazéifie et s' échappe de la chambre par la tuyère 10.
La combustion déjà commencée se poursuit entre la tuyère 10 et le déflecteur Il qui dérivent une partie du vent chaud amené par 3 dans le tour- neau. La quantité de vent chaud dérivée est réglable en faisant glisser l'ensemble des. tuyaux 5-7-8 et de la tuyère 10 suivant leur axe de symérrie 14.
La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre des procédés ci-dessus décrits.
Le dispositif, objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte a) une première canalisation destinée à amener du combustible liquide et l'eau dans une chambre dite de détente, la dite canalisation débouchant dans la dite chambre par un ou plu- sieurs orifices; b) une seconde canalisation débouchant de préférence tangen- tiellement dans la dite chambre par au moins un orifice, cette seconde canalisation étant destinée à amener à la chambre un gaz comprimé, chacun des orifices de la première canalisation étant orienté de façon à ce que le jet de com- bustible qu'il conduit rencontre l'un des jets de ce gaz comprimé au voisinage de la paroi contenant les orifices par où pénètre le dit gaz:
c) une tuyère munie de préférence d'un convergent-divergent et obturant la dite chambre de telle façon que le combustible et le gaz comprimé ne puissent quitter la chambre qu'en pas- sant au travers de la tuyère; d) une buselure tronconique disposée de façon convergente à la sortie de la tuyère mais laissant un espace libre entre la tuyèreet elle-même
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e) une canalisation servant à amener du vent chaud au fourneau et entourant, de façon sensiblement coaxiale, l'entièreté des constituante du dispositif repris sous 1 à d.
la dite canalisation étant raccordée à l'entrée du fourneau par exem- ple par l'intermédiaire de sa tuyère,
Dans la présente description, le terme "vent" habituellement utilisé par les hauts fournistes, doit être com- pris comme représentant tout fluide gazeux oxydant, plus ou moins riche en oxygène.
REVENDICATIONS.
1, Procédé d'injection de combustible liquide dans un four à cuve caractérisé en ce que, aussi près que possi- ble d'une tuyère de' soufflage d'un four à cuve, on introduit un jet de combustible liquide dans une chambre où il est soumis à une opération de détente, en ce qu'on y réalise le mélange le plus intime possible entre le jet de combustible et un jet de gaz comprimé dirigé contre le dit jet de combustible pour le pulvériser, en ce que l'on fait passer le dit mélange dans une tuyère à convergent-divergent, au sorti. de laquelle il est soumis à l'action d'un fluide gazeux chaud oxydant. dans une proportion telle que tout le combustible présent dans le mélange soit pratiquement brûlé avant l'entrée des produits gazeux dans le four à cuve.
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Liquid fuel injection process in a shaft furnace
The present invention relates to a method for injecting liquid fuel into a furnace in a tank. We know the advantage of injecting liquid fuel into a shaft furnace and especially in a blast furnace, where it makes it possible to significantly lower the mileage of the coke. This injection also makes it possible to ensure the regulation of the operation of the furnace as a function of determined requirements.
In order to be able to derive the maximum advantage from this injection, it has already been recommended to preheat the fuel and possibly to start its combustion a little before it enters the furnace. We also already have
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face to pulverize the fuel and mix it with an oxidizing gas in order to promote good combustion of one by the other.
The various methods already recommended and used, however, have certain drawbacks. Meadow-
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cltcmf'ia; c fuel gives link to crackin!,; fuel) in <i <, s roundings or! most often lead to the obstruction of ('1 "irt, jcctenr. The spraying of liquid fuel is done!" o') "1H '.!, .. ,, 1011 high, or using a {'; 8Z compressed, which ne- -itc, the use of high pressure devices, or produces .3 lowering of the temperature dil in the presence of cold gas.
The procedures in 1el "qlle 1 we recommend the <: o1tli> ii = tion, nii less partial of the fuel before it enters the furnace, moreover have the drawback of requiring a fairly long retention time of the oxidizer and the com. - bustible in the injection nozzle.
The subject of the present invention is in particular a method making it possible to remedy these various drawbacks.
The method which is the subject of the present invention is essentially characterized in that, as close as possible to a blow-molding nozzle of a shaft furnace, one introduces
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a jet df rombtietible liquid in a chamber where it is subjected to an expansion operation, in that the most intimate possible mixture is achieved between the jet of fuel and a small jet of compressed gas directed against said jet of fuel for pulverize it, in that the said mixture is passed through a convergent-divergent uyère, on leaving which it is
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.! 1ollmi to the action of a hot oxidizing gaseous fluid,
in a proportion such that all the combustible present in the mixture is practically burnt before the entry of the gaseous products into the shaft furnace.
The compressed gas jet can. possibly be preheated, which leads to the start of gasification of the liquid fuel, The solid products appearing as a result of a crackinp, if any, cannot however cause obstruction of the outlet nozzles, because this outlet is made through a convergent-divergent nozzle with a sufficiently large neck
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wide to allow the entrainment of said cracked salt particles, which prevents any untimely deposition.
The compressed gas can be air, or a gaseous mixture comprising a high proportion of oxygen. In this way, it is possible to start the combustion of before the fuel enters the nozzle.
The compressed gas can also consist entirely or in part of combustible gas, which makes it possible to modify. within wider limits, the quantity and the thermal level of the calories delivered by the flame leaving the nozzle.
It does not depart from the field of the invention to constitute the jet of liquid fuel, of several partial jets, each subjected to the action of spraying compressed gas, the partial mixtures thus formed then entering the convergent-divergent nozzle. , before their combustion is complete.
According to an advantageous variant of the process of the invention, before subjecting the liquid fuel to the expansion operation, liquid water is introduced therein, the pressure of the mixture thus formed being sufficiently basic as water. vaporizes during expansion, which also promotes atomization of the fuel.
According to this variant, the quantity of water to be used for atomizing the fuel is chosen as low as possible; quantities of the order of 5% of the fuel volume are to be considered as normal, this indication being however given by way of example, without any limitation. Moreover, the most favorable pressures for atomizing fuel oil by vaporizing water are generally less than 10 kg / cm 2. while remaining as high as possible in order to have high fuel flow rates,
The material of this variant taken by itself in isolation also gives rise to a very simple and efficient fuel spraying process; it should be considered as remaining within the scope of the present invention.
However. the combination of the relaxation effect
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of the fuel, the vaporization of the water and the impact of the compressed gas on the fuel, makes it possible to obtain a particularly thorough atomization of the latter and to mix it remarkably homogeneously with the oxidizer, this which promotes a very regular evolution of the combustion of the mixture. in accordance with the process already indicated above,
The diagram below, given by way of nonlimiting example, and not to scale, will make it possible to better understand the process of the invention and how a device can be designed allowing its implementation.
Figure 1 shows a schematic view of a device according to the invention, Figure 2 shows a detail of Figure 1, '"
Mark 1 (fig.l) represents a cross section of the circular hot blast pipe surrounding a blast furnace, one wall of which is at 2. At 3 is a deflection connecting pipe 1 to bueillon 4 and to the nozzle. 4a. A pipe 5 brings into a chamber 6 the liquid fuel possibly added with water. Between two concentric pipes 7 and 8 circulates a compressed gas which may be air. This gas in turn opens into chamber 6 through side wall 9 of said chamber and mixes with the fuel supplied through 5.
The mixture escapes through the converging-diverging nozzle 10. A second convergent 11 changes the shape of the flame to make it as short as desired. Part of the hot blast this sucks inside the convergent 11 and completes the burning of the fuel in the mixture exiting the chamber 6. In this way the combustion of the gases and liquid fuel exiting 10 is intensified. The oxidizing zone which, in the furnace surrounds each injection nozzle, therefore no longer receives unburnt fuel by said nozzle.
In FIG. 2, the pipe 5 which brings the liquid fuel into the chamber 6 is divided into several pipes 12 opening obliquely into this chamber, so that the jet of fuel exiting through each pipe 12 goes to meet the air entering through openings 13 into the
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chamber 6. The fuel and air meet in the vicinity of the wall through which the air enters and substantially in the plane containing said openings 13. These openings are such that the jets of air penetrate tangentially into the chamber. chamber 6. Each of these jets pulverizes the liquid fuel, mixes with it, optionally gasifies it and escapes from the chamber through nozzle 10.
The combustion, which has already started, continues between the nozzle 10 and the deflector II, which derive part of the hot wind brought by 3 into the torch. The amount of hot wind derived is adjustable by sliding the set. pipes 5-7-8 and nozzle 10 along their axis of symmetry 14.
A subject of the present invention is also a device for implementing the methods described above.
The device, object of the present invention, is essentially characterized in that it comprises a) a first pipe intended to bring liquid fuel and water into a so-called expansion chamber, said pipe opening into said chamber through a or more than one orifice; b) a second pipe opening preferably tangentially into said chamber through at least one orifice, this second pipe being intended to supply the chamber with a compressed gas, each of the orifices of the first pipe being oriented so that the fuel jet that it conducts meets one of the jets of this compressed gas in the vicinity of the wall containing the orifices through which the said gas enters:
c) a nozzle preferably provided with a convergent-divergent and closing said chamber in such a way that the fuel and the compressed gas can leave the chamber only by passing through the nozzle; d) a frustoconical nozzle arranged convergently at the outlet of the nozzle but leaving a free space between the nozzle and itself
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e) a pipe serving to bring hot wind to the furnace and surrounding, in a substantially coaxial manner, all of the components of the device listed under 1 to d.
the said pipe being connected to the inlet of the furnace, for example by means of its nozzle,
In the present description, the term “wind” usually used by blast furnaces should be understood as representing any oxidizing gaseous fluid, more or less rich in oxygen.
CLAIMS.
1, A method of injecting liquid fuel into a shaft furnace characterized in that, as close as possible to a blowing nozzle of a shaft furnace, a jet of liquid fuel is introduced into a chamber where it is subjected to an expansion operation, in that the most intimate possible mixture is produced there between the jet of fuel and a jet of compressed gas directed against said jet of fuel in order to pulverize it, in that we passes said mixture through a converging-diverging nozzle, at the outlet. from which it is subjected to the action of a hot gaseous oxidizing fluid. in such a proportion that all the fuel present in the mixture is practically burnt before the entry of the gaseous products into the shaft furnace.