<EMI ID=1.1>
enrichi d'oxygène.
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil pour engendrer un courant gazeux chauffé enrichi d'oxygène, qui puisse, par exemple, être utilisé dans un haut-fourneau.
Les hauts-fourneaux ont été utilisés pendant des années dans l'industrie sidérurgique pour la production de fer fondu à partir de minerai de fer par la réduction du minerai à hautes températures. Lors du fonctionnement d'un haut-fourneau, la combustion est activée par l'injection d'un courant d'air préchauffé à une température d'approximativement 1100[deg.]C, passant à travers la charge de minerai, de combustible et de matériaux fondants, contenus à l'intérieur du haut-fourneau.
Le courant d'air chauffé est habituellement créé dans un appareil qui comprend une ou plusieurs grandes cheminées revêtues intérieurement d'un matériau réfractaire, qui est tout d'abord chauffé par la combustion de combustible et d'air à l'intérieur d'une cheminée et ensuite un courant d'air est introduit à travers la cheminée de façon à être chauffé à approximativement 1100[deg.]C, avant son entrée dans le haut-fourneau. Cet appareil est onéreux à installer, difficile à faire fonctionner et nécessite un entretien périodique coûteux.
Conformément à un aspect de la présente invention, on réalise un procédé de création d'un courant gazeux chauffé enrichi d'oxygène, par exemple, pour son utilisation dans un haut-fourneau, dans lequel un courant gazeux combustible est mélangé avec un courant d'air de combustion et est brûlé pour fournir un courant gazeux d'échappement inerte chaud à une pression supérieure à celle de l'atmosphère et un courant gazeux contenant de l'oxygène est mélangé avec le courant gazeux d'échappement.
L'invention réalise également un appareil pour engendrer un courant gazeux chauffé enrichi d'oxygène, par exemple pour utilisation dans un haut-fourneau, cet appareil comprenant une chambre
de combustion, possédant une entrée pour le gaz combustible, une entrée pour l'air de combustion, et une sortie pour les gaz d'échappement brûlés, une soufflante d'air de combustion reliée à l'entrée d'air de combustion, une chambre de mélange réalisée pour le passage des gaz d'échappement depuis la chambre de combustion et une entrée dans la chambre de mélange pour un courant gazeux contenant de l'oxygène.
Par conséquent, l'objet global de la présente invention consiste à fournir un procédé et un appareil pour engendrer un courant gazeux chauffé enrichi d'oxygène.
Un autre objet de la-présente invention consiste à fournir un procédé pour engendrer un courant gazeux chauffé enrichi d'oxygène qui puisse Être utilisé dans les hauts-fourneaux pour obtenir la réduction de minerai de fer.
De tels appareil et procédé peuvent être peu coûteux et
<EMI ID=2.1>
d'entretien. Le courant gazeux enrichi d'oxygène peut être engendré sur une base continue ou intermittente sans nécessiter d'étape ré-
<EMI ID=3.1>
La description suivante n'est donnée qu'à titre d'exemple, afin de mieux faire comprendre l'invention, en se référant au dessin annexé, dans lequel :
la figure 1 est une-représentation schématique d'un hautfourneau conventionnel et d'un mode de réalisation d'un appareil selon la présente invention pour produire un courant gazeux enrichi d'oxygène ; et la figure 2 est une représentation schématique d'une variante modifiée de forme d'appareil selon la présente invention.
En se référant maintenant au dessin, et particulièrement à la figure 1, l'appareil 10 selon l'invention est représenté comme <EMI ID=4.1>
L'appareil 10 comprend essentiellement un brûleur de combustion 16,
de préférence un brûleur de combustion à haute intensité, possédant une connexion 18 d'entrée de gaz combustible et une connexion 20 d'entrée d'air de combustion. Les brûleurs de combustion à haute intensité comprennent une chambre de mélange pour obtenir le mélange intime d'un courant gazeux combustible et d'un courant d'air de combustion introduit dans le brûleur, suivie d'une chambre de combustion dans laquelle le mélange air-combustible est brûlé. L'expression "brûleur de combustion à haute intensité" est utilisée ici pour signifier tout dispositif de brûleur de gaz possédant l'aptitude de mélanger intimement le gaz combustible.avec l'air de combustion et de réaliser la combustion totale du mélange air/combustible engendrant ainsi un courant gazeux de combustion inerte chaud à l'intérieur de la cham-
<EMI ID=5.1>
leur de combustion à haute intensité particulièrement convenable pour l'utilisation dans l'appareil de la présente invention est décrit et revendiqué dans le brevet canadien n[deg.] 656.514.
Le dispositif 16 de brûleur de combustion à haute intensi-
<EMI ID=6.1>
bord. Une conduite 24 est attachée à la connexion 18 d'entrée de
gaz combustibles et à une source de gaz combustible, et une conduite
26 est reliée à une connexion 20 d'entrée d'air de combustion et à
une soufflante d'air de combustion pour produire un courant d'air de combustion sous une pression supérieure à la pression atmosphérique.
Une chambre 30 de mélange fixée à la connexion de sortie
22 du brûleur 16 est de préférence de forme cylindrique et comprend une connexion d'entrée 32 reliée avantageusement de façon tangentielle de sorte qu'un effet centrifuge soit imparti au courant d'oxygène introduit à travers elle et le mélange de l'oxygène avec les gaz
de combustion passant à travers la chambre 30 de mélange est obtenu. La sortie 34 de la chambre 30 de mélange est reliée par une fixation
<EMI ID=7.1>
chambre de mélange 30 à une source d'oxygène.
Une valve de commande de débit 40 est disposée dans la con-
<EMI ID=8.1>
<EMI ID=9.1>
une valeur proportionnelle préétablie. Un second détecteur 46 de dé- bit est disposé dans la conduite 24 de gaz combustible en aval de la valve de commande 40, relié en_fonctionnement à un second dispositif
<EMI ID=10.1>
bit disposée dans la conduite 26 pour commander le débit d'air de combustion vers le brûleur comme une fonction du débit du combustible de façon à obtenir un mélange stoechiométrique d'air et de combustible. Un troisième dispositif 49 de commande de débit actionne une valve de commande 52 de débit disposée dans la conduite 38, le dis- positif de commande 49 recevant un signal, correspondant au débit de ; gaz de combustion enrichis d'oxygène, transmis par le détecteur 44,
de débit, et commande le débit d'oxygène vers la chambre de mélange
30 à une valeur proportionnelle.
Lors du fonctionnement, du gaz combustible tel que le gaz
<EMI ID=11.1>
tel que le mélange de gaz de four à coke et d'autres courants de gaz de récupération de laminoirs d'acier, est brûlé et les dispositifs de commande sont réglés pour commander les débits de gaz combustibles d'air et d'oxygène de combustion à une valeur telle que les gaz de combustion enrichis d'oxygène soient engendrés à une valeur de débit désirée. Les courants de gaz combustibles et d'air de combustion sont introduits dans le brûleur 16 sous pression supérieure à celle de l'atmosphère de sorte que les gaz de combustion inertes chauds créés sont également sous une pression supérieure à la pression at-
<EMI ID=12.1>
d'oxygène est intimement mélangé avec les gaz de combustion. Le courant chauffé de gaz enrichi d'oxygène résultant ?'écoule dans la conduite Il+ depuis laquelle il s'écoule vers le haut -fourreau 12,.
<EMI ID=13.1>
der le courant d'oxygène circulant à l'intérieur de la chambre de
<EMI ID=14.1>
<EMI ID=15.1> nent la concentration désirée d'oxygène.
En se référant maintenant à la figure 2, on a représenté une autre forme d'appareil 60 pour la mise en oeuvre du procédé de la présente invention. L'appareil 60 est similaire à l'appareil 10 sauf que la chambre de mélange n'existe pas et au lieu d'ajouter le courant d'oxygène directement aux gaz de combustion, le courant d'oxygène est ajouté à l'air de combustion. Le mélange oxygène-air de combustion mélangé avec le courant de combustible et ensuite le mélange est brûlé'pour créer un courant chauffé de gaz de combustion qui contiennent une concentration désirée d'oxygène complémentaire.
Un brûleur de combustion à haute intensité 62 est alimenté en gaz combustible par une connexion d'entrée 64 et une conduite
68, et en air de combustion depuis une soufflante 70 par une conduite
72 et une connexion d'entrée 66. L'oxygène est introduit à travers une conduite 74 reliée à la conduite 72 et un montage de transition
<EMI ID=16.1>
conduite 78, pour acheminer les gaz, chauffés, de combustion, enrichis d'oxygène, vers un point d'utilisation, est reliée au montage 76.
Comme ci-desus, un détecteur de débit 80 est disposé dans la conduite 78 et transmet un signal au dispositif de commande de débit 82, qui actionne une valve de commande 84 disposée dans la conduite 68. Un autre détecteur 86 de débit est disposé dans la conduite
68 et transmet un signal à un dispositif de débit 88 qui actionne une valve de commande de débit 90 dans la conduite 72. Une valve de commande de débit 92 est disposée dans la conduite 74, reliée, en fonc-
<EMI ID=17.1>
ment le signal transmis par le détecteur de débit 80.
Lors du fonctionnement de l'appareil 60, comme ci-dessus, un courant de gaz combustible est dirigé vers le brûleur 62 à une valeur telle que les gaz de combustion chauffés enrichis d'oxygène soient créés par l'appareil 60 selon une valeur préétablie, l'air de combustion étant alimenté pour.produire un mélange stoechiométrique d'air de combustion et de gaz combustible. De plus, un courant d'oxygène est injecté dans le courant d'air de combustion par l'intermé-
<EMI ID=18.1>
injecté dans le courant d'air de combustion est commandée par le dis-
<EMI ID=19.1>
nellement à la quantité de gaz de combustion chauffés enrichis d'oxy-
<EMI ID=20.1>
réglé de façon que l'oxygène complémentaire soit contenu dans le gaz de combustion à une concentration souhaitée. Le mélange constitué de combustible, d'air de combustion et d'oxygène entrant dans le brûleur
62, est brûlé à l'intérieur et les gaz de combustion résultants contenant l'oxygène complémentaire s'écoulent dans la conduite 78 comme décrit plus haut.
Si on le désire, divers instruments, dispositifs, commandes et agencements de ceux-ci, peuvent être utilisés pour commander les valeurs de débit des divers courants de combustible, d'air et d'oxygène introduits dans le brûleur, à la place des commandes et agencements particuliers décrits.
REVENDICATIONS
1.- Procédé pour engendrer un courant de gaz chauffés enrichis d'oxygène, notamment pour utilisation dans un haut-fourneau, dans lequel un courant de gaz contenant de l'oxygène est chauffé par la combustion d'un combustible, caractérisé par le fait qu'un courant de gaz combustible est mélangé avec le courut d'air de combustion
<EMI ID=21.1>
chauds, à une pression supérieure à celle de l'atmosphère et par le fait qu'un courant de gaz contenant de l'oxygène est mélangé avec le courant de gaz d'échappement. -
<EMI ID = 1.1>
enriched with oxygen.
The present invention relates to a method and apparatus for generating a heated gas stream enriched with oxygen, which can, for example, be used in a blast furnace.
Blast furnaces have been used for years in the steel industry for the production of molten iron from iron ore by reducing the ore at high temperatures. In the operation of a blast furnace, combustion is activated by the injection of a stream of air preheated to a temperature of approximately 1100 [deg.] C, passing through the charge of ore, fuel and of melting materials, contained inside the blast furnace.
The heated air stream is usually created in an apparatus which includes one or more large chimneys lined internally with a refractory material, which is first heated by the combustion of fuel and air within a. chimney and then a current of air is introduced through the chimney so as to be heated to approximately 1100 [deg.] C, before it enters the blast furnace. This device is expensive to install, difficult to operate and requires expensive periodic maintenance.
In accordance with one aspect of the present invention, there is provided a method of creating a heated gas stream enriched with oxygen, for example, for use in a blast furnace, wherein a combustible gas stream is mixed with a stream of gas. combustion air and is burnt to provide a hot inert exhaust gas stream at a pressure above that of the atmosphere and an oxygen-containing gas stream is mixed with the exhaust gas stream.
The invention also provides an apparatus for generating a heated gas stream enriched with oxygen, for example for use in a blast furnace, this apparatus comprising a chamber
combustion chamber, having an inlet for the fuel gas, an inlet for the combustion air, and an outlet for the burnt exhaust gases, a combustion air blower connected to the combustion air inlet, a mixing chamber made for the passage of exhaust gases from the combustion chamber and an inlet into the mixing chamber for a gas stream containing oxygen.
Accordingly, the overall object of the present invention is to provide a method and apparatus for generating a heated gas stream enriched with oxygen.
Another object of the present invention is to provide a process for generating a heated oxygen enriched gas stream which can be used in blast furnaces to achieve the reduction of iron ore.
Such apparatus and method can be inexpensive and
<EMI ID = 2.1>
maintenance. The oxygen-enriched gas stream can be generated on a continuous or intermittent basis without requiring a re-step.
<EMI ID = 3.1>
The following description is given only by way of example, in order to better understand the invention, with reference to the appended drawing, in which:
Fig. 1 is a schematic representation of a conventional blast furnace and an embodiment of an apparatus according to the present invention for producing an oxygen enriched gas stream; and Figure 2 is a schematic representation of a modified alternate form of apparatus according to the present invention.
Referring now to the drawing, and particularly to Figure 1, the apparatus 10 according to the invention is shown as <EMI ID = 4.1>
The apparatus 10 essentially comprises a combustion burner 16,
preferably a high intensity combustion burner, having a fuel gas inlet connection 18 and a combustion air inlet connection 20. High intensity combustion burners include a mixing chamber for obtaining the intimate mixing of a combustible gas stream and a combustion air stream introduced into the burner, followed by a combustion chamber in which the air mixture - fuel is burnt. The term "high intensity combustion burner" is used herein to mean any gas burner device having the ability to intimately mix the fuel gas with the combustion air and achieve complete combustion of the air / fuel mixture. thus generating a hot inert combustion gas stream inside the chamber.
<EMI ID = 5.1>
Their particularly suitable high intensity combustion for use in the apparatus of the present invention is described and claimed in Canadian Patent No. [deg.] 656,514.
The high-intensity combustion burner device 16
<EMI ID = 6.1>
edge. A pipe 24 is attached to the inlet connection 18 of
combustible gases and a combustible gas source, and a pipe
26 is connected to a connection 20 for the combustion air inlet and to
a combustion air blower for producing a flow of combustion air at a pressure greater than atmospheric pressure.
A mixing chamber 30 attached to the outlet connection
22 of the burner 16 is preferably cylindrical in shape and comprises an inlet connection 32 advantageously connected tangentially so that a centrifugal effect is imparted to the stream of oxygen introduced through it and the admixture of the oxygen with them. gas
of combustion passing through the mixing chamber 30 is obtained. The outlet 34 of the mixing chamber 30 is connected by a fastener
<EMI ID = 7.1>
mixing chamber 30 to a source of oxygen.
A flow control valve 40 is disposed in the con-
<EMI ID = 8.1>
<EMI ID = 9.1>
a pre-established proportional value. A second flow detector 46 is disposed in the fuel gas line 24 downstream of the control valve 40, operatively connected to a second device.
<EMI ID = 10.1>
bit arranged in line 26 to control the flow of combustion air to the burner as a function of the fuel flow so as to obtain a stoichiometric mixture of air and fuel. A third flow control device 49 actuates a flow control valve 52 disposed in the pipe 38, the control device 49 receiving a signal, corresponding to the flow rate; combustion gases enriched with oxygen, transmitted by detector 44,
flow rate, and controls the flow of oxygen to the mixing chamber
30 to a proportional value.
During operation, combustible gas such as gas
<EMI ID = 11.1>
such as the mixture of coke oven gas and other scavenge gas streams from steel rolling mills, is burned and the controllers are set to control the flow rates of combustion air and oxygen fuel gases to a value such that oxygen enriched combustion gases are generated at a desired flow rate value. The streams of combustible gases and combustion air are introduced into the burner 16 under a pressure greater than that of the atmosphere so that the hot inert combustion gases created are also under a pressure greater than the pressure at-
<EMI ID = 12.1>
oxygen is intimately mixed with the combustion gases. The resulting heated stream of oxygen-enriched gas flows through line II + from which it flows upwardly -sheath 12 ,.
<EMI ID = 13.1>
der the current of oxygen flowing inside the chamber of
<EMI ID = 14.1>
<EMI ID = 15.1> sets the desired oxygen concentration.
Referring now to Figure 2, there is shown another form of apparatus 60 for carrying out the method of the present invention. Apparatus 60 is similar to apparatus 10 except that the mixing chamber does not exist and instead of adding the oxygen stream directly to the combustion gases, the oxygen stream is added to the exhaust air. combustion. The oxygen-combustion air mixture mixed with the fuel stream and then the mixture is burnt to create a heated stream of combustion gases which contain a desired concentration of complementary oxygen.
A high intensity combustion burner 62 is supplied with combustible gas through an inlet connection 64 and a pipe.
68, and in combustion air from a blower 70 through a pipe
72 and an inlet connection 66. Oxygen is introduced through a line 74 connected to line 72 and a transition assembly
<EMI ID = 16.1>
pipe 78, to convey the gases, heated, combustion, enriched with oxygen, to a point of use, is connected to the assembly 76.
As above, a flow sensor 80 is disposed in line 78 and transmits a signal to flow controller 82, which actuates a control valve 84 disposed in line 68. Another flow sensor 86 is disposed in. the driving
68 and transmits a signal to a flow device 88 which actuates a flow control valve 90 in the line 72. A flow control valve 92 is disposed in the line 74, connected, in operation.
<EMI ID = 17.1>
the signal transmitted by the flow detector 80.
In operation of the apparatus 60, as above, a flow of combustible gas is directed to the burner 62 at a value such that the heated oxygen-enriched combustion gases are created by the apparatus 60 at a preset value. the combustion air being supplied to produce a stoichiometric mixture of combustion air and fuel gas. In addition, a stream of oxygen is injected into the stream of combustion air through the
<EMI ID = 18.1>
injected into the combustion air stream is controlled by the
<EMI ID = 19.1>
nally to the quantity of heated combustion gases enriched with oxy-
<EMI ID = 20.1>
adjusted so that the supplemental oxygen is contained in the combustion gas at a desired concentration. The mixture of fuel, combustion air and oxygen entering the burner
62, is burned therein and the resulting combustion gases containing the complementary oxygen flow into line 78 as described above.
If desired, various instruments, devices, controls and arrangements thereof, can be used to control the flow rates of the various streams of fuel, air and oxygen introduced into the burner, in place of the controls. and particular arrangements described.
CLAIMS
1.- Process for generating a stream of heated gases enriched with oxygen, in particular for use in a blast furnace, in which a stream of gas containing oxygen is heated by the combustion of a fuel, characterized by the fact that that a flow of combustible gas is mixed with the flow of combustion air
<EMI ID = 21.1>
hot, at a pressure higher than that of the atmosphere and in that a stream of gas containing oxygen is mixed with the stream of exhaust gas. -