"Système pour l'utilisation de gaz de haut fourneau" 1
La présente invention concerne un système comportant un collecteur de fines poussières du type par voie sèche et conçu pour utiliser du gaz de haut fourneau, et est relative plus spécialement à un système utilisant du gaz de haut fourneau et comprenant un haut fourneau, un collecteur de poussières grossières, un collecteur de fines poussières du type par voie sèche et une turbine pour récupérer la pression du sommet du haut fourneau en tant qu'énergie, ces appareils étant montés en série le long du flux du gaz de haut fourneau.
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américain n[deg.] 147.200), on décrit un système dans lequel la turbine est raccordée, par un tube de sortie, à un tube terminal existant, relié à son tour à un gazomètre, une chaudière, un appareil à air chaud, un four de chauffage ou une unité terminale analogue pour l'utilisation du gaz de haut fourneau. En outre, en
vue de contraindre le gaz de haut fourneau (désigné ci-après par l'expression "gaz de fourneau") à éviter la turbine et à affluer directement dans le tube terminal lorsque ceci est désiré, un tube de dérivation est monté en parallèle avec la turbine, une sou- pape de commande de pression étant incorporée au tube de dériva- tion pour commander l'écoulement du gaz de fourneau dans la déri- vation.
Dans ce système, la soupape de dérivation est ordinairement fermée complètement lorsque la turbine fonctionne, ce qui permet au gaz provenant du haut fourneau d'être épuré par les deux col- lecteurs de poussières (qui sont tous deux du type par voie sèche
et qui par conséquent conduisent à une petite ou à aucune réduction de la pression ou de la température); ensuite, le gaz de fourneau passe par une soupape de fermeture et une soupape de ré- j gulateur situées dans le tube d'entrée de la turbine et afflue
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gaz. Le gaz résultant d'une température réduite pénètre dans le tube terminal. Toutefois, lorsque la turbine s'arrête pour l'une ou l'autre raison, la soupape de fermeture et la soupape de régulateur se ferment et la soupape de dérivation s'ouvre, ce qui con-
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minal en passant par la dérivation, de sorte que le gaz conserve une haute température. Puisque le tube terminal et l'unité terminale utilisant du gaz de fourneau et raccordée à celui-ci existent
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dans le tube terminal, comme lorsque la turbine s'arrête.
Par conséquent, un but de la présente invention est de réaliser un système utilisant du gaz de fourneau et capable de protéger les tubes terminaux existants et les unités terminales existantes utilisant du gaz de fourneau, même lorsque ce gaz de fourneau évite une turbine.
Pour atteindre ce but, la présente invention consiste en un système utilisant du gaz de fourneau, lequel comprend, à l'état disposé en série le long du flux du gaz de fourneau, un haut fourneau, un collecteur de poussières grossières, un collecteur de fines poussières du type par voie sèche, une turbine dotée d'un tube d'entrée et d'un tube de sortie pour récupérer la pression du sommet du haut fourneau sous la forme d'énergie, et un tube terminal raccordé au tube de sortie de la turbine, un tube de dérivation étant monté en parallèle avec la turbine et étant relié au tube terminal.
Le tube de dérivation ou le tube terminal est muni d'un organe de refroidissement par lequel le gaz de fourneau à haute température, affluant dans le tube de dérivation lorsque la turbine fonctionne ou non, est refroidi à un niveau non supérieur à une température spécifiée à un endroit situé en aval de l'organe de refroidissement.
Dans ce système, le gaz de fourneau, en évitant la turbine et tout en conservant une haute température, est refroidi par l'organe de refroidissement'du tube de dérivation ou du tube terminal. Ceci résout les problèmes posés par la dilatation thermique du tube terminal et de l'unité terminale utilisant du gaz de fourneau et par la résistance à la chaleur des bourrages et des bagues d'étanchéité.
D'autre part, un autre problème se pose lorsque la turbine fonctionne habituellement. Les systèmes du type décrit comprennent un collecteur de fines poussières du type par voie sèche en lieu et place du collecteur de fines poussières du type par voie humide, tel qu'un épurateur Venturi, de sorte que la température du gaz de fourneau ne s'abaisse pas très fortement avant d'entrer dans la turbine. Par conséquent, le problème de la condensation de l'humidité dans la turbine se pose si une grande chute de pression se produit dans cette turbine.
La pression du gaz de fourneau à la sortie de la turbine dépend de la résistance du tube terminal en aval de la turbine et de celle de l'unité terminale utilisant du gaz de fourneau et raccordée à ce tube (car la pression au terminal du système utilisant le gaz de fourneau, par exemple, au brûleur de la chaudière, est définie approximativement dans un cas quelconque). Dans la mesure où cette résistance est identique, la pression de sortie du gaz est substantiellement la même, peu importe que le haut fourneau soit du type haute pression ou basse pression. Par conséquent, le rapport entre les pressions du gaz de fourneau à l'entrée et à la sortie de la turbine dépend seulement de la pression du haut fourneau et augmente à mesure que la pression du haut du fourneau s'accroit.
La chute de température dans la turbine augmente à mesure que le rapport des pressions s'accroît. Par conséquent, en
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eau du gaz de fourneau à l'entrée de la turbine, l'humidité contenue dans le gaz de fourneau subit une condensation dana la turbine. Ceci pose les deux problèmes ci-aprèa.
i 1) Dépôt et accumulation de poussières sur les lames de la turbine ou attaque par écoulement.
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neau sec est fourni en tout temps, il n'y a vraisemblablement ni dépôt ni accumulation de poussières ni érosion due à l'attaque par écoulement, de sorte que la turbine peut être conçue pour permettre au gaz d'affluer à travers celle-ci à une vitesse accrue en vue de réduire le coût et d'améliorer le rendement. Toutefois, si le gaz de fourneau est humide, ces avantages ne se présentent pas.
2) Problème de brouillard dans le gaz libéré à partir de la turbine.
Le brouillard présent dans le gaz provenant de la sortie de la turbine provoque la corrosion et raccourcit la vie des éléments constitutifs des brûleurs (qui se composent généralement de céramique) de l'unité terminale utilisant du gaz de fourneau (dans le cas d'une chaudière, un appareil à air chaud, un four de chauffage ou analogue). En outre, lorsque le gaz de fourneau est brûlé par le brûleur, il est nécessaire de compenser la chaleur latente de la vaporisation du brouillard et de porter l'eau évaporée à la température de combustion. Ceci réduit l'élimination de chaleur du gaz de fourneau.
Même si on s'efforce d'augmenter l'élimination de chaleur du gaz de fourneau en installant une unité de suppression de brouillard en aval de la turbine, la présence de cette unité de suppression de brouillard augmente la pression de sortie de la turbine, ce qui conduit à une réduction correspondante de son rendement. Ainsi, le rendement de la turbine est en désaccord avec l'élimination de chaleur du gaz de fourneau. Le problème du
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leur et non du point de vue de la récupération d'énergie.
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idéal pour l'utilisation du gaz de fourneau, tout en accordant aussi une attention au problème de l'humidité présente dans la stallation. Le gaz de fourneau parvient à un tube d'admission :
partant de l'entrée du tube de dérivation 6, afflue dans la tur bine 8, traverse ensuite le tube de sortie 11 raccordé à la sor
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l'injection d'un réfrigérant dans ledit tube terminal 7 lorsque turbine 8 fonctionne ou est arrêtée. Un détecteur de températuj
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peut être remplacé par un échangeur de chaleur pour refroidir le gaz de fourneau et utiliser la chaleur du gaz. Dans ce cas, la
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de flux prévue dans le tube de fluide de l'échangeur.
Lorsque le haut fourneau 1 fonctionne normalement, le gaz de fourneau sortant par le sommet du fourneau, a une température de 110 à 150[deg.]C. En raison de la chaleur séparée du gaz avant qu celui-ci sorte du collecteur de fines poussières 4 du type par voie sèche, le gaz a une température de 100 à 140[deg.]C à la sortie
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commande de pression de dérivation 5 est ordinairement fermée totalement et la pression du sommet du haut fourneau 1 est commande à un niveau constant par la soupape de régulateur 14 en amont de la turbine 8 ou par les lames fixes réglables de la turbine 8. Er supposant que le gaz a une température Tl à la sortie de la turbi ne 8, la température T2 du gaz à la sortie de la turbine 8 est exprimée par l'équation suivante (en supposant qu'aucune condensa 1
tion de l'humidité ne se produit dans la turbine) :
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où
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k est le facteur d'isolation thermique.
En supposant que
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P2 = 0,07 (ordinairement 0,06 à 0,08 kg/cm2) + 1,033
= 1,103 kg/cm2 (pression absolue),
Tl = 140 + 273 = 413[deg.]K,
nad = 0,85, et
k = 1,37,
T2 = 342[deg.]K = 69[deg.]C.
Par conséquent, le gaz de fourneau pénétrant dans la turbine 8 à 140[deg.]C en est déchargé à 69[deg.]C lorsque la pression d'admission
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kg/cm2, le gaz de fourneau entrant dans la turbine 8 subit une réduction de température dans cette turbine et en est déchargé à une température de l'ordre d'environ 10 à 80[deg.]C; bien que la température diffère conformément à la pression d'admission et à la température d'admission de la turbine.
Le tube aval du système tubulaire utilisant le gaz de fourneau des fonderies de fer classiques est conçu peur traiter le gaz de haut fourneau qui a été refroidi à 30 à 70[deg.]C par un épurateur du type par voie humide servant de collecteur de fines poussières du type par voie sèche, et ne résiste pas par conséquent
à la chaleur. Aucun problème spécial ne se pose lorsque l'épurateur du type par voie humide est remplacé par le collecteur de fines poussières 4 du type par voie sèche, comme représenté, et toute ou presque toute la quantité de gaz de fourneau passe par la
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par exemple, une soupape à cloison, puisque la température du gaz de fourneau à la sortie de la turbine est aussi basse que dans le cas du système classique. Toutefois, lorsque la turbine 8 s'arrête pour une raison ou l'autre, le gaz de fourneau à haute température afflue, en passant par le tube de dérivation, dans le tube terminal existant 7 et dans l'unité terminale existante utilisant le gaz de tourneau, ce qui pose aes problèmes concernant- la dilata tion thermique de ce tube et de cette unité et la résistance à la chaleur des bourrages et des bagues d'étanchéité.
Par conséquent, grâce à la présente invention, le tube de dérivation ou le tube terminal 7 incorpore un injecteur de réfrigérant 17 ou un échangeur de chaleur ou un organe de refroidissement analogue et le détecteur de température de gaz 18 est situé en aval de l'organe de refroidissement en vue de commander la soupape de commande de réfrigérant 16 ou la soupape de commande de l'échangeur de chaleur pour maintenir la température du gaz à un niveau non supérieur à celui de la température active déterminée de l'unité et du tube terminaux.
Lorsqu'elle fonctionne, la turbine peut être arrêtée pour des raisons de sécurité, cet état étant dénommé arrêt de sécurité, puis est remise en service selon le processus suivant.
a.- Arrêt de sécurité.
La soupape de commande de pression 5 de la dérivation est ouverte très rapidement, la soupape de fermeture de secours 13
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déchargée simultanément. Subséquemment, la soupape de commande de réfrigérant 16 fonctionne en réponse à un signal d'indication de température 19 provenant du détecteur 18 pour injecter le réfrigérant dans le tube terminal et pour maintenir le gaz à une température non supérieure à la température déterminée du tube 7 <EMI ID=20.1>
Lorsque la soupape de fermeture d'entrée 12, la soupape de fermeture de sortie 15 et la soupape de fermeture de secours 13 sont ouvertes, la soupape de régulateur 14 est ouverte tout en
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turbine 8 est mise en marche. La turbine est chargée dès qu'elle a atteint une vitesse d'une valeur prédéterminée. Selon le processus précité, le gaz à basse température pénétrant dans la turbine 8 se mélange avec le gaz chaud du tube terminal 7, de sorte que ce dernier est éventuellement rempli de gaz à basse température. Entre-temps, la soupape de commande de réfrigérant 16 est commandée par les signaux d'indication de température 19 provenant du détecteur 18 pour réduire et finalement arrêter l'injection de réfrigérant par l'injecteur 17. La soupape de régulateur 14 est supprimée lorsque les lames fixes de la turbine 8 sont rendues réglables afin de servir de soupape de régulateur.
Bien que représenté dans un état prévu pour le tube terminal
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est disposé en amont de la soupape de dérivation 5, le gaz de
- fourneau est épuré avant de pénétrer dans la soupape 5, celle-ci pouvant ainsi être maintenue propre avantageusement.
En pratique, l'arrêt et le démarrage de la turbine 8 sont automatiquement détectés pour commander la soupape de fermeture
de secours 13 et la soupape de dérivation 5 en liaison active avec
la turbine par un organe de commande non représenté et pour main- ;
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soupape de commande de réfrigérant 16 par le même organe de com- mande, de sorte qu'on élimine le retard de réponse qui en résulterait si seule la liaison d'accouplement entre le détecteur 18 et la soupape 16 était utilisée. Au surplus, en pratique, la soupape de fermeture 12, la soupape de régulateur 14 et la soupape de fermeture de sortie 15 sont commandées naturellement par l'organe de commande.
Le système utilisant du gaz de fourneau représenté à la figure 2 est semblable à celui de la figure 1, sauf qu'il est équipé d'un organe pour empêcher la condensation de la vapeur contenue dans le gaz de fourneau de la turbine. Pendant le fonctionnement de la turbine 8, le gaz de fourneau provenant du collecteur de poussières 4 afflue principalement dans la turbine 8 en passant par le tube d'entrée 10. En même temps, une partie du gaz pénètre dans un tube de branchement 20 disposé dans une section intermédiaire du tube d'entrée 10 et parvient au conduit de gaz de la turbine d'où elle atteint soit la deuxième étage soit les étages suivants de la turbine et se mélange avec le gaz fourni au premier étage.
Le gaz refroidi dans le premier étage est chauffé par mélange avec le gaz dérivé, si bien que l'eau contenue dans le gaz ne subit pas de condensation à la sortie de la turbine 8.
Pour contrôler le gaz sortant de la turbine de telle sorte qu'il ne soit à aucun moment saturé d'eau, un détecteur d'humidi-
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rée au tube de branchement 20, si bien que le degré d'ouverture de la soupape de commande de flux 21 est commandé en réponse au signal de détection du détecteur 22. Il n'est pas nécessaire que
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la soupape de commande de flux 21 peut être commandée par un détecteur de température (dans la mesure où la teneur en eau du gaz de fourneau, tel qu'il est déchargé du h&ut fourneau, est en substance constante et connue) puisque l'humidité relative à la sortie de la turbine peut être déterminée lorsque la teneur en eau du gaz de fourneau, tel qu'il est déchargé du fourneau, est
<EMI ID=26.1> ment connue, étant donné que la pression du gaz de fourneau à la sortie est approximativement constante dans le cas d'un système quelconque de ce type utilisant le gaz de fourneau.
La figure 3 est une vue en coupe de la turbine 8 du type à étages multiples, appropriée au système de l'invention. La turbine comprend un conduit de gaz interne 23, des lames fixes 24, lames mobiles 25 et un arbre tournant 26. Le conduit de gaz
23 enferme un espace d'une largeur accrue (la position correspondant en réalité au deuxième étage) entre les lames mobiles 25A du premier étage et les lames fixes 24B du deuxième étage. Le tube de branchement 20 communique avec ledit espace où le gaz dérivé se mélange avec le gaz principal fourni au premier étage pour empêcher la condensation de l'eau contenue dans la partie aval
du conduit de gaz 23. Les lames fixes du premier et du troisième étage sont désignées par 24A et 24C et les lames mobiles du deuxième et du troisième étage sont désignées par 25B et 25C respectivement.
La figure 4 est une variante de la turbine 8 de la figure 3, Une voie de passage annulaire 27 est prévue autour du conduit de gaz 23 et communique avec le tube de branchement 20. Comme le montrent les figures 5 et 6, chacune des lames fixes 24B et 24C du deuxième et du troisième étage ont une voie de passage 28 qui est ouverte à leurs extrémités opposées. Des trous 29 sont formés dans la paroi des lames. La voie de passage 28 est en communication, par son extrémité de hase, avec la voie de passage annulaire
27 via une ouverture 30. Le gaz dérivé passe par la voie de pas- <EMI ID=27.1>
premier étage pour empêcher la condensation de l'eau contenue dana le conduit 23 du deuxième étage et des étagea suivants.
<EMI ID=28.1> lames fixes 24C du troisième étage, la condensation de la vapeur peut être empêchée avec une efficacité améliorée. Les trous 29 formés dans les parole des lames fixes 24B, 24C et servant à injecter le gaz dérivé uniformément dans le conduit de gaz 23, suppriment la possibilité d'une condensation locale de la teneur en eau.
Bien que la condensation dans la turbine du système reproduit à la figure 2 peut être entièrement empêchée en réglant l'alimentation en gaz dérivé, celle-ci doit être augmentée si
la chute de pression interne (température de la turbine) est grande. Ceci conduit à une diminution du rendement de la tubrine. La figure 7 montre un système où ce problème est résolu. Le tube de branchement 20 est doté, dans sa partie intermédiaire, d'un échangeur de chaleur 31 servant d'organe de chauffage; cet échangeur chauffe le gaz dérivé pour fournir du gaz chauffé à la partie intermédiaire du conduit de gaz de la turbine 8. Un tube d'alimentation en milieu chaud 32 pour l'approvisionnement en vapeur, gas d'échappement ou fluide de chauffage analogue de l'échangeur de chaleur 31, incorpore une soupape de commande de milieu chaud 33. En outre, laïc soupape de commande de flux de gaz 21 est prévue dans le tube de branchement 20 en aval de l'échangeur de chaleur <EMI ID=29.1>
11 de la turbine émet un signal de détection 34 qui actionne les deux soupapes de commande 21, 33. La turbine de la figure 3 ou 4 est utilisée comme turbine 8 pour ce système.
La soupape de commande de flux de gaz 21 s'ouvre lorsque
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dépasse une valeur prédéterminée. En même temps ou avec un certain retard, la soupape de commende de milieu chaud 33 fonctionne pour amorcer l'échange de chaleur à l'intérieur de l'échangeur 31, si bien que le gaz dérivé est chauffé pour contrôler l'humidité relative du gaz de fourneau, à la sortie de la turbine, jusqu'à un niveau non supérieur à la valeur prédéterminée. Ainsi, la température et le débit du gaz dérivé sont établis en détectant l'humidité relative du gaz de fourneau à la sortie de la turbine, de sorte que le gaz de fourneau n'est pas saturé d'eau à la sertie.
Le flux de gaz dérivé est minimisé pour empêcher la réduction du rendement de la turbine, due à la diminution de l'alimentation en gaz principal. L'humidité est contrôlée pour prévenir toute condensation lors du chauffage du gaz dérivé.
L'échangeur de chaleur 31 utilisé comme organe de chauffage dans l'exemple de réalisation prédécrit peut être remplacé par un brûleur à combustion interne 35, comme le montre la figure 8.
L'air fourni au haut fourneau ou à l'installation est utilisable comme air de combustion pour le brûleur. L'air est amené par un conduit 36 au brûleur 35 sous une pression légèrement plus élevée que celle du gaz de fourneau.
La soupape de commande de flux de gaz 21 s'ouvre lorsque l'humidité relative du gaz de fourneau à la sortie de la turbine s'élève au-delà d'une valeur prédéterminée. En même temps ou avec un certain retard, un organe d'allumage 37 fonctionne et une soupape pneumatique 38, ainsi qu'une soupape 39 pour la combustion du gaz de fourneau s'ouvrent simultanément. En raison de l'effet Venturi exercé par l'apport d'air, le gaz de combustion pénètre dans le brûleur 35 et commence à y brûleur, de sorte que le gaz dérivé est chauffé pour contrôler l'humidité relative du gaz de fourneau, à la sortie de la turbine, jusuqu'à un niveau non supérieur à la valeur prédéterminée. Le flux de gaz dérivé est minimisé pour la même raison que celle décrite en liaison avec l'exemple de réalisation précédent.
REVENDICATIONS
1.- Perfectionnement apporté et/ou relatif à un système utilisant du gaz de haut fourneau et comprenant, à l'état disposé en série le long du flux du gaz de haut fourneau, un haut fourneau, un collecteur de poussières grossières, un collecteur de fines poussières du type par voie sèche, une turbine comportant
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au tube terminal, caractérisé en ce qu'un organe de refroidissenient est prévu dans le tube de dérivation ou le tube terminal, de sorte que le gaz de haut fourneau à haute température, passant par le tube de dérivation lorsque la turbine est en service ou est arrêtée, est refroidi à un niveau non supérieur à une température spécifiée à un endroit situé en aval de l'organe de refroidissement.