FR2847969A1 - Combustion of fuel and a combustive agent injected through furnace wall comprises regulation of injection speeds to create flame extending above and/or below furnace charge - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé de chauffage d'un four continuMethod of heating a continuous oven
La présente invention concerne un procédé de combustion dans un four, de préférence continu et notamment un four de réchauffage de produits sidérurgiques ou un four de seconde fusion du verre ou un four de fusion de métaux non-ferreux. Elle 5 concerne plus particulièrement un procédé de combustion d'un combustible et d'un comburant injectés à travers une paroi, notamment latérale, d'un four comportant une charge à chauffer qui se déplace dans un plan sensiblement perpendiculaire à ladite paroi latérale, cette combustion engendrant une flamme s'étendant au-dessus et/ou en dessous de ladite charge (ou latéralement, éventuellement de part et d'autre du produit si celui-ci 10 se déplace dans une direction ayant une composante verticale. L'homme de métier adaptera de lui-même l'invention dans ce cas là en donnant aux mots utilisés la signification voulue). The present invention relates to a combustion process in a furnace, preferably continuous and in particular a furnace for reheating steel products or a furnace for secondary glass melting or a furnace for melting non-ferrous metals. It relates more particularly to a method of combustion of a fuel and of an oxidizer injected through a wall, in particular a side wall, of an oven comprising a charge to be heated which moves in a plane substantially perpendicular to said side wall, this combustion generating a flame extending above and / or below said charge (or laterally, optionally on either side of the product if it moves in a direction having a vertical component. profession will adapt the invention by itself in this case by giving the words used the desired meaning).
Les fours de réchauffage en sidérurgie, par exemple, sont utilisés pour réchauffer des produits en acier issus par exemple de la coulée continue et les amener à la 15 température de laminage (1100 à 1300'C). Les produits réchauffés sont par exemple des billettes, des ébauches ou des brames. Ce peut être également des produits plats qui sont réchauffés avant passage dans un four de traitement thermique et notamment des tôles avant recuit-decapage ou galvanisation. Quelque soit le four considéré, on cherche généralement à chauffer la charge contenue dans ce four de manière à assurer une 20 température la plus homogène possible dans le produit. Reheating furnaces in the steel industry, for example, are used to reheat steel products from, for example, continuous casting and bring them to the rolling temperature (1100 to 1300 ° C). The reheated products are, for example, billets, blanks or slabs. It can also be flat products which are reheated before passing through a heat treatment oven and in particular sheets before annealing-pickling or galvanizing. Whatever oven is considered, it is generally sought to heat the charge contained in this oven so as to ensure the most uniform temperature possible in the product.
Dans les fours de réchauffage de produits sidérurgiques, on cherche ainsi à assurer un chauffage homogène de tout le produit, et en particulier la partie du produit située au coeur de celui-ci. Sur certains fours de billettes, de bloom ou de brames, la largeur du four est d'au moins 7m, allant jusqu'à 15m, rendant difficile le chauffage du 25 centre du four. In furnaces for heating steel products, it is thus sought to ensure homogeneous heating of the whole product, and in particular the part of the product located at the heart thereof. On some billet, bloom or slab ovens, the width of the oven is at least 7m, up to 15m, making it difficult to heat the center of the oven.
Ce problème est d'autant plus difficile à résoudre si les produits tels que (6) et (7) sont placés en quinconce comme illustré sur la figure 1. Il faut alors apporter plus d'énergie au centre du four o le débit masse du produit est plus important que sur les cotés proches des parois du four. This problem is all the more difficult to solve if the products such as (6) and (7) are placed in staggered rows as illustrated in FIG. 1. It is then necessary to bring more energy to the center of the oven where the mass flow rate of the product is more important than on the sides near the walls of the oven.
Une solution choisie par les constructeurs de four consiste par exemple à installer des niches (5) qui couvrent toute la largeur du four et qui sont équipées de brleurs (2) dont la flamme se développe selon un axe parallèle à l'axe (8) de l'écoulement des fumées, dans le même sens ou dans le sens contraire de celles-ci (à contre courant; c'est dans ce but que la flèche 8 sur la figure 1 indique les deux sens possibles d'écoulement). One solution chosen by the oven manufacturers consists for example of installing niches (5) which cover the entire width of the oven and which are equipped with burners (2) whose flame develops along an axis parallel to the axis (8) flow of smoke, in the same direction or in the opposite direction thereof (against the current; it is for this purpose that arrow 8 in Figure 1 indicates the two possible directions of flow).
Cette solution est illustrée sur la figure 2 (vue en coupe dans un plan vertical) o sont représentés une niche (15) et des brleurs frontaux (2). Cette solution augmente de 5 manière significative le cot d'investissement de l'installation, que ce soit pour un four neuf ou pour un four existant sur lequel on désire ajouter des brleurs (cas d'une réfection d'un four encore appelée " revamping "). This solution is illustrated in Figure 2 (sectional view in a vertical plane) where a recess (15) and front burners (2) are shown. This solution significantly increases the investment cost of the installation, whether for a new oven or for an existing oven to which we want to add burners (case of a repair of an oven also called "revamping" ").
Une autre solution consiste à chauffer le centre du produit avec des brleurs placés sur les parois transverses (3) comme illustré sur la Figure 1. L'axe initial d'injection 10 des fluides (10) du brleur (3) fait un angle a avec l'axe (9) perpendiculaire au plan vertical qui correspond à l'écoulement principal des fumées. a est compris entre -80 et + 80 , en général entre -20 et +20 . De manière préférentielle, cet angle a est sensiblement égal à 0 degré. L'axe initial d'injection des fluides du brleur est alors perpendiculaire au plan vertical contenant l'axe de l'écoulement principal. Another solution consists in heating the center of the product with burners placed on the transverse walls (3) as illustrated in Figure 1. The initial axis 10 of injection of fluids (10) of the burner (3) makes an angle a with the axis (9) perpendicular to the vertical plane which corresponds to the main smoke flow. a is between -80 and + 80, generally between -20 and +20. Preferably, this angle a is substantially equal to 0 degrees. The initial axis of injection of the burner fluids is then perpendicular to the vertical plane containing the axis of the main flow.
En pratique, selon l'invention on a constaté que quelle que soit la valeur d'oc, il est nécessaire de donner une impulsion suffisante aux fluides éjectés du brleur. En effet, si l'impulsion est trop faible, on constate que la flamme (4) est fortement déviée et se développe près de la paroi. Une telle flamme (4) risque d'endommager fortement la paroi du four et doit donc à tout prix être évitée. In practice, according to the invention it has been found that whatever the value of oc, it is necessary to give a sufficient boost to the fluids ejected from the burner. Indeed, if the impulse is too weak, we see that the flame (4) is strongly deflected and develops near the wall. Such a flame (4) risks damaging the wall of the oven considerably and must therefore be avoided at all costs.
Pour vérifier sur une installation existante que l'impulsion du brleur est suffisante, l'homme de métier peut par exemple visualiser la flamme par un accès optique sur le four (porte ou autre). Cette vérification ne peut se faire qu'une fois le brleur installé, en fonctionnement, sur un four donné et dans une configuration de puissance totale donnée. Un réglage satisfaisant sur un four donné et/ou pour une puissance 25 donnée du brleur et/ou pour une puissance donnée des brleurs en amont du brleur concerné (en amont par rapport au sens de l'écoulement des fumées) , pourra se révéler totalement inapproprié si l'une des conditions o la vérification a été faite n'est plus remplie (soit un changement de la puissance du brleur ou de la puissance des brleurs situés en amont du brleur concerné). Enfin, cette vérification doit être faite 30 individuellement pour chacun des brleurs concernés, ceux-ci pouvant, par exemple, être réglés à des puissances individuelles différentes d'un brleur à l'autre. Cela montre en particulier, qu'aucun réglage n'est transposable d'un four à l'autre et que toute l'opération doit être recommencée pour chaque four et/ou chaque type de charge, avec la nécessité de prévoir un accès optique pour chaque brleur, ce qui est une contrainte souvent To verify on an existing installation that the pulse of the burner is sufficient, the skilled person can for example visualize the flame by an optical access on the furnace (door or other). This verification can only be done once the burner is installed, in operation, on a given oven and in a given total power configuration. A satisfactory setting on a given oven and / or for a given power of the burner and / or for a given power of the burners upstream of the burner concerned (upstream relative to the direction of the flue gas flow), may prove to be completely inappropriate if one of the conditions where the verification was made is no longer fulfilled (either a change in the power of the burner or the power of the burners located upstream of the burner concerned). Finally, this check must be made individually for each of the burners concerned, these can, for example, be adjusted to individual powers different from one burner to another. This shows in particular that no adjustment can be transposed from one oven to another and that the whole operation must be repeated for each oven and / or each type of load, with the need to provide optical access for each burner, which is often a constraint
inacceptable.unacceptable.
Dans toutes ces opérations, un mauvais réglage de four peut avoir des 5 conséquences très importantes pour le client utilisateur, puisqu'il y a un risque d'endommagement significatif de la paroi latérale 11 ou 12 du four par la flamme 4, (Fig. 1). In all these operations, an incorrect setting of the oven can have very important consequences for the user customer, since there is a risk of significant damage to the side wall 11 or 12 of the oven by the flame 4, (FIG. 1).
La présente invention se propose de fournir un procédé de réglage de l'impulsion des fluides d'un tel brleur situé sur une paroi notamment latérale d'un four, impulsion 10 qui peut être différente pour chaque brleur, sans nécessité d'accès optique pour vérifier le réglage de la flamme. Ce procédé est applicable quelle que soit la géométrie du four, la géométrie du brleur et la puissance en amont du brleur (par rapport à l'écoulement des fumées). Selon l'invention, l'impulsion de ces brleurs est calculée par rapport à la vitesse de l'écoulement principal. (Les fumées qui traversent le four, souvent à contre-courant du 15 ses d'avancement de la charge). The present invention proposes to provide a method for adjusting the pulse of the fluids of such a burner located on a wall in particular a lateral wall of an oven, pulse 10 which can be different for each burner, without the need for optical access for check the flame setting. This process is applicable whatever the geometry of the furnace, the geometry of the burner and the power upstream of the burner (relative to the flue gas flow). According to the invention, the impulse of these burners is calculated relative to the speed of the main flow. (The fumes that pass through the oven, often against the flow of 15 advancing the load).
En particulier, ce procédé s'applique pour des brleurs dont le comburant est de l'air, ou de l'air enrichi à l'oxygène, contenant préférentiellement plus de 90% vol. d'oxygène, notamment de l'oxygène fourni par des appareils d'adsorption de type VSA et notamment de l'oxygène contenant un complément de 1 à 5 % d'Argon et de 1 à 5 % 20 d'azote. In particular, this process is applicable for burners whose oxidant is air, or air enriched with oxygen, preferably containing more than 90% vol. oxygen, in particular oxygen supplied by VSA type adsorption apparatuses and in particular oxygen containing a complement of 1 to 5% of Argon and from 1 to 5% of nitrogen.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que la vitesse d'injection Vfiluide de l'un au moins des fluides comburant et/ou combustible injecté dans au moins un brleur est supérieure ou égale à environ: Vfluide > trans (CoS(a)Lchauf)1I Porans 0,5 V - 2 DP fluide formule dans laquelle: * VraNs désigne la vitesse d'écoulement des fumées dans le four (en général, à contre-courant du sens d'avancement des pièces à traiter dans le four. The method according to the invention is characterized in that the injection speed Vfiluide of at least one of the oxidizing fluids and / or fuel injected into at least one burner is greater than or equal to approximately: Vfluid> trans (CoS (a ) Lchauf) 1I Porans 0.5 V - 2 DP fluid formula in which: * VraNs designates the flow speed of the fumes in the oven (in general, against the direction of advancement of the parts to be treated in the oven .
* -c l'angle que fait l'axe d'injection des fluides à la sortie du brleur par rapport à 30 l'axe perpendiculaire aux parois latérales du four. * -c the angle made by the axis of injection of fluids at the outlet of the burner relative to the axis perpendicular to the side walls of the furnace.
* La,(f désigne la largeur du four (mesurée à partir de la paroi du four o le brleur concerné est installé) sur laquelle on veut obtenir un chauffage optimal tel que défini ci-avant. * The, (f denotes the width of the oven (measured from the wall of the oven where the burner concerned is installed) on which we want to obtain optimal heating as defined above.
* Pra.s représente la masse volumique des fumées dans le four. * Pra.s represents the density of the fumes in the oven.
e* Pjtide représente la masse volumique des fluides considérés (comburant ou combustible). D représente le diamètre de l'ouvreau (ou du cercle de surface égale lorsque l'ouvreau n'a pas une section circulaire) dans le cas d'un brleur à injection coaxiale de comburant et combustible en son diamètre équivalent, c'est-à-dire le diamètre du cercle 10 dont la surface est égale à la somme des surfaces des ouvertures d'injection de combustible et de comburant dans le cas d'injections séparées. e * Pjtide represents the density of the fluids considered (oxidizer or fuel). D represents the diameter of the burner (or of the circle of equal surface when the burner does not have a circular section) in the case of a burner with coaxial injection of oxidizer and fuel in its equivalent diameter, that is ie the diameter of the circle 10, the surface of which is equal to the sum of the surfaces of the fuel injection and oxidant injection openings in the case of separate injections.
De préférence, on choisira Vfuel Vtrans ((CS)Lchauf),(Ptrans)0,5 V Vtrans ((CS)Lchauf)l,(Ptrans)0,5 VfIIII(os a=COUf'1 (Ptans)O5 et Vcomb = 2 con 2 D Pfe 2 Dfe Selon une première variante, le procédé selon l'invention, dans lequel on installe au moins un brleur dans chaque paroi latérale du four sensiblement en vis-à-vis, lesdites parois étant distantes de la largeur du four Lfour, est caractérisé en ce que la longueur de chauffage Lchauf est comprise entre 10 %/ et 100 %/ de 1/2 (Lfour), de préférence entre 50 % et 100 %/ de 1/2 (Lfour). Preferably, we will choose Vfuel Vtrans ((CS) Lchauf), (Ptrans) 0.5 V Vtrans ((CS) Lchauf) l, (Ptrans) 0.5 VfIIII (os a = COUf'1 (Ptans) O5 and Vcomb = 2 con 2 D Pfe 2 Dfe According to a first variant, the method according to the invention, in which at least one burner is installed in each side wall of the oven substantially opposite, said walls being distant from the width of the Lfour oven, is characterized in that the heating length Lchauf is between 10% / and 100% / 1/2 (Lfour), preferably between 50% and 100% / 1/2 (Lfour).
Selon une autre variante, le procédé selon l'invention, dans lequel on installe au moins un brleur dans chaque paroi latérale du four sensiblement décalé, notamment en quinconce, la distance LbUoc entre les axes d'injection desdits brleurs selon une direction perpendiculaire auxdites parois étant comprise entre 25 %/ et 100%/o de 1'/2 (Lfour) et de préférence comprise entre 33 % et 50 %/o de 1/2 (Lfou r), est caractérisé en ce que la 25 longueur de chauffage Lchauf sera comprise entre 10 % et 75 %/ de Lfour, de préférence entre 50 %/o et 75 % de Lfour. According to another variant, the method according to the invention, in which at least one burner is installed in each side wall of the oven substantially offset, in particular in staggered rows, the distance LbUoc between the injection axes of said burners in a direction perpendicular to said walls being between 25% / and 100% / o of 1 '/ 2 (Lfour) and preferably between 33% and 50% / o of 1/2 (Lfou r), is characterized in that the heating length Lchauf will be between 10% and 75% / of Lfour, preferably between 50% / o and 75% of Lfour.
Pour évaluer cette distance L bloc, on procède de la façon suivante soit P la puissance du brleur (RW), soit Q la puissante par unité de volume (exprimée en HW/m3) acceptée par le four, selon les normes du constructeur, soit V le volume du parallélépipède (ou approximatif) de largeur Lbloc, de hauteur égale à la hauteur de la zone correspondante du four et de la largeur égale à Lchauf. To assess this distance L block, proceed as follows either P the power of the burner (RW), or Q the power per unit of volume (expressed in HW / m3) accepted by the oven, according to the manufacturer's standards, or V the volume of the parallelepiped (or approximate) of width Lbloc, of height equal to the height of the corresponding zone of the furnace and of the width equal to Lchauf.
Selon l'invention, cette distance sera choisie telle que: P braleur Lfour >Lb loc reur Lchauf xH zone xQ tandis que de préférence on aura: Lfour > Lbloc Selon l'invention, on choisira Q entre 0,1 et 0,4 MW/m3 et de préférence entre 0,2 et 0,3 MW/m3. According to the invention, this distance will be chosen such that: P braleur Lfour> Lb locor Lchauf xH zone xQ while preferably we will have: Lfour> Lbloc According to the invention, Q will be chosen between 0.1 and 0.4 MW / m3 and preferably between 0.2 and 0.3 MW / m3.
La puissance des brleurs sera directement liée à la largeur du four: plus le four 10 est large, plus il faudra choisir une puissance importante pour chaque brleur. The power of the burners will be directly linked to the width of the oven: the wider the oven 10, the more it will be necessary to choose a large power for each burner.
Selon une autre variante, le procédé selon l'invention, dans lequel on utilise au moins deux brleurs, placés chacun dans l'une des parois latérales du four (au moins un brleur par paroi latérale, avec en général un nombre pair de brleurs avec le même nombre de brleurs par paroi), la distance Lbloc entre les axes d'injection desdits brleurs selon une 15 direction perpendiculaire auxdites parois étant au moins égale à 1/2 (Lfo0u) est caractérisé en ce que la longueur de chauffage Lchauf sera comprise entre 10 % et 100 % de Lfour, de préférence entre 50 % et 100 % de Lfou. According to another variant, the method according to the invention, in which at least two burners are used, each placed in one of the side walls of the oven (at least one burner per side wall, with generally an even number of burners with the same number of burners per wall), the distance Lbloc between the injection axes of said burners in a direction perpendicular to said walls being at least equal to 1/2 (Lfo0u) is characterized in that the heating length Lchauf will be included between 10% and 100% of Lfour, preferably between 50% and 100% of Lfou.
Un autre aspect de l'invention est de pouvoir adapter en cours de fonctionnement l'impulsion des brleurs en fonction de la puissance délivrée dans le four pour tenir 20 compte des variations de ladite puissance. Another aspect of the invention is to be able to adapt, during operation, the pulse of the burners as a function of the power delivered to the furnace to take account of variations in said power.
Selon une première variante, lorsqu'on fait varier la puissance totale de chauffage du four afin de s'adapter aux pièces à traiter dans ledit four, on fait varier la quantité de mouvement du combustible et du comburant dans le même sens que celui selon lequel la puissance délivrée dans le four varie. According to a first variant, when the total heating power of the furnace is varied in order to adapt to the parts to be treated in said furnace, the momentum of the fuel and of the oxidant is varied in the same direction as that according to which the power delivered to the oven varies.
Selon une autre variante, on augmente la quantité de mouvement du combustible et/ou du comburant lorsqu'on veut augmenter la longueur de chauffage Lchauf du brleur correspondant. Dans toutes les variantes de l'invention, le brleur utilisé est soit un brleur à injection séparée de combustible et de comburant, soit un brleur à injection coaxiale de combustible et de comburant, soit un brleur dans lequel on prémélange au moins partiellement le combustible et le comburant avant d'injecter ce mélange dans le brleur. According to another variant, the amount of movement of the fuel and / or of the oxidant is increased when the heating length Lchauf of the corresponding burner is to be increased. In all the variants of the invention, the burner used is either a burner with separate injection of fuel and oxidizer, or a burner with coaxial injection of fuel and oxidizer, or a burner in which the fuel is premixed at least partially and the oxidizer before injecting this mixture into the burner.
On peut également prévoir que de 2 à 80 % en vol. d'argon est injecté avec le combustible et./ou le comburant. We can also predict that from 2 to 80% in flight. argon is injected with the fuel and / or the oxidizer.
En outre, l'angle - entre l'axe d'injection des fluides du brleur et l'axe perpendiculaire à la paroi latérale du four est compris entre -80 et +800, de préférence entre -20 et +20 , de manière encore plus préférentielle égale à environ 00. In addition, the angle - between the axis of injection of the burner fluids and the axis perpendicular to the side wall of the furnace is between -80 and +800, preferably between -20 and +20, again more preferential equal to about 00.
De préférence également, on préchauffera le combustible, aux environs de 300'C, pour améliorer le rendement énergétique, de préférence par échange thermique avec les fumées issues du four. Preferably also, the fuel will be preheated, around 300 ° C, to improve the energy efficiency, preferably by heat exchange with the fumes from the oven.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants donnés conjointement avec les figures qui représentent: la fig. 1: une vue de dessus (schématique) d'un four de réchauffage selon l'art antérieur avec des produits disposés en quinconce, la fig. 2: une vue en coupe d'un brleur installé dans une niche de traverse de vote, la fig. 3: une représentation schématique d'une flamme selon l'invention et de 20 son extrémité entraînée par les fumées, la fig. 4: un exemple de réalisation de l'invention avec des brleurs latéraux de part et d'autre de la charge, la fig. 5: une vue en coupe schématique d'une injection coaxiale des fluides dans le brleur, la fig. 6, un exemple de réalisation de l'invention avec des brleurs éloignés les uns des autres, la fig. 7: un exemple de réalisation de l'invention avec des flammes décalées de différentes longueurs, La fig. 8: un exemple de réalisation de l'invention avec des flammes 30 décalées, en quinconce. The invention will be better understood with the aid of the following exemplary embodiments given in conjunction with the figures which represent: FIG. 1: a top view (schematic) of a reheating oven according to the prior art with products arranged in staggered rows, FIG. 2: a sectional view of a burner installed in a niche of the voting cross member, FIG. 3: a schematic representation of a flame according to the invention and of its end driven by the fumes, FIG. 4: an exemplary embodiment of the invention with side burners on either side of the load, FIG. 5: a schematic sectional view of a coaxial injection of the fluids into the burner, FIG. 6, an exemplary embodiment of the invention with burners distant from each other, FIG. 7: an embodiment of the invention with staggered flames of different lengths, FIG. 8: an exemplary embodiment of the invention with staggered flames 30, staggered.
La fig. 9: un exemple de four de réchauffage métallurgique équipé avec le procédé selon l'invention. Fig. 9: an example of a metallurgical heating furnace equipped with the process according to the invention.
Sur la figure 3 est représentée une flamme 22 dans un écoulement transverse de vitesse Vtrans. Cet écoulement est constitué de fumées composées par les produits de 5 combustion des brleurs situés en amont du brleur concerné (en amont en se repérant par rapport au sens de circulation des fumées qui est celui de l'écoulement transverse Vtrans). Le brleur est situé sur la paroi latérale l l.Les comburant et combustibles sont injectés selon l'axe 21 faisant un angle U. par rapport à l'axe 20 perpendiculaire à l'axe de 10 l'écoulement principal, défini par Vtrans. Cet angle ce peut être différent pour les différents fluides injectés dans le four par l'intermédiaire du brleur:par exemple, le combustible et le comburant peuvent avoir chacun un angle d'injection différent lorsqu'ils sont injectés séparément, ou identiques si le brleur est du type à injection coaxiale. Dans la description ci-après, donnée à titre d'exemple, tous les fluides ont le même angle cc, mais 15 l'homme de métier saura aisément faire la transposition à chacun des fluides si cet angle aX est différent. In Figure 3 is shown a flame 22 in a transverse flow of speed Vtrans. This flow consists of fumes composed of the products of combustion of the burners located upstream of the burner concerned (upstream by referring to the direction of circulation of the fumes which is that of the transverse flow Vtrans). The burner is located on the side wall 11. The oxidizers and fuels are injected along the axis 21 making an angle U. with respect to the axis 20 perpendicular to the axis of the main flow, defined by Vtrans. This angle may be different for the different fluids injected into the furnace via the burner: for example, the fuel and the oxidant may each have a different injection angle when injected separately, or identical if the burner is of the coaxial injection type. In the following description, given by way of example, all the fluids have the same angle cc, but the person skilled in the art will easily know how to transpose to each of the fluids if this angle aX is different.
L'angle Ct est compris entre -80 et +80 degrés, de manière préférentielle entre et +200, de manière encore plus préférentielle, l'angle (x est sensiblement voisin de zéro. Le terme " longueur de chauffage ", ci-après désigné par Lchauf. désigne la longueur de la flamme, mesurée à partir de la paroi 11 du four, dans une direction selon l'axe 20. Selon l 'invention, on définit ci-après les caractéristiques d'injection des fluides d'un brleur situé en paroi notamment latérale pour obtenir un chauffage optimal sur la longueur Lehauf, tout en préservant l'intégrité du four et en particulier l'intégrité de la paroi 25 latérale 11 o le brleur est installé. The angle Ct is between -80 and +80 degrees, preferably between and +200, even more preferably, the angle (x is substantially close to zero. The term "heating length", below designated by Lchauf designates the length of the flame, measured from the wall 11 of the furnace, in a direction along the axis 20. According to the invention, the characteristics of injection of fluids are defined below burner located in particular side wall to obtain optimal heating over the Lehauf length, while preserving the integrity of the oven and in particular the integrity of the side wall 11 o the burner is installed.
Typiquement, l'écoulement (selon la direction Vtran,) est composé de produits de combustion, issus de la combustion des brleurs situés en amont du brleur considéré. Typically, the flow (in the direction Vtran,) is composed of combustion products, resulting from the combustion of burners located upstream of the burner considered.
Ces brleurs situés en amont peuvent être des brleurs dont le comburant est de l'air, de l'air enrichi en oxygène, de l'oxygène pur. La nature du comburant peut d'ailleurs varier 30 d'un brleur à l'autre. These burners located upstream can be burners whose oxidant is air, air enriched in oxygen, pure oxygen. The nature of the oxidizer can moreover vary from one burner to another.
La vitesse Vtrans est donc parfaitement définie par la puissance délivrée en amont du brleur concerné et par les dimensions du four à la section o le brleur est installé. The speed Vtrans is therefore perfectly defined by the power delivered upstream of the burner concerned and by the dimensions of the furnace in the section where the burner is installed.
La Figure 4 représente une vue de dessus du four, là o les brleurs concernés sont situés. Figure 4 shows a top view of the oven, where the burners concerned are located.
Les brleurs qui engendrent respectivement les flammes 26 et 27 sont situés de part et d'autre du four. Dans ce cas, la longueur à chauffer pour chacun de ces brleurs est, par exemple, la moitié de la largeur du four, soit Lfour/2. The burners which generate the flames 26 and 27 respectively are located on either side of the oven. In this case, the length to be heated for each of these burners is, for example, half the width of the oven, ie Lfour / 2.
Selon l'invention, l'impulsion des brleurs doit être telle que la longueur de chauffe associée soit comprise entre 10% et 150% de Lfour/2. En dessous de 10%, la flamme sera trop proche de la paroi et pourra mettre en danger l'intégrité du four. According to the invention, the burners' pulse must be such that the associated heating length is between 10% and 150% of Lfour / 2. Below 10%, the flame will be too close to the wall and may endanger the integrity of the oven.
Comme il est préférable d'apporter de l'énergie de manière préférentielle au centre du 10 four la longueur de chauffe associée sera comprise entre 50% et 100% de Lfour/2. As it is preferable to preferably supply energy to the center of the oven, the associated heating length will be between 50% and 100% of Lfour / 2.
lorsque les produis qui sont réchauffés dans le four sont disposés symétriquement par rapport à l'axe longitudinal du four (par exemple comme sur la fig. 7). Dans le cas o cette charge n'est pas symétrique (comme c'est le cas sur la fig. 4) on préférera avoir nos longueurs de chauffe comprises entre environ 100 % et 150 % de 2 Lfour. when the products which are reheated in the oven are arranged symmetrically with respect to the longitudinal axis of the oven (for example as in fig. 7). In the case where this load is not symmetrical (as is the case in fig. 4) we will prefer to have our heating lengths between approximately 100% and 150% of 2 Lfour.
La figure 5 représente schématiquement en coupe un brleur avec injection coaxiale de combustible et de comburant. Le combustible est injecté au centre dans l'injecteur 31 et le comburant est injecté autour du combustible, ce comburant pouvant être de l'air, de l'air enrichi en oxygène, de l'oxygène pur, avec une addition éventuelle d'argon à ce comburant de manière à augmenter l'impulsion du comburant et donc de la 20 flamme, selon le but poursuivi par l'invention: on peut rajouter de 2 % vol à 80 % vol d'argon. La figure 6 représente le cas de brleurs éloignés les uns des autres, de part et d'autre de la charge. Les brleurs 41, 43 ont leurs flammes respectives 42, 44 qui s'étendent au- delà de la ligne médiane du four, avec une grande largeur de chauffe Lchauf 25 et donc une impulsion importante. FIG. 5 schematically represents in section a burner with coaxial injection of fuel and oxidizer. The fuel is injected at the center into the injector 31 and the oxidizer is injected around the fuel, this oxidizer can be air, oxygen-enriched air, pure oxygen, with a possible addition of argon to this oxidizer so as to increase the impulse of the oxidizer and therefore of the flame, according to the aim pursued by the invention: it is possible to add from 2% vol to 80% vol of argon. FIG. 6 represents the case of burners distant from each other, on either side of the load. The burners 41, 43 have their respective flames 42, 44 which extend beyond the center line of the furnace, with a large heating width Lchauf 25 and therefore a significant pulse.
La figure 7 représente le cas de flammes décalées 51, 52, 53 ayant des longueurs de chauffe respectives Lchaufl, Lchauf2 et Lchauf 3 différentes, correspondant ici à des brleurs de puissance décroissantes (le brleur engendrant la flamme 51 étant le plus puissant), selon les zones à chauffer ou selon le cahier des charges imposées. FIG. 7 represents the case of offset flames 51, 52, 53 having respective heating lengths Lchaufl, Lchauf2 and Lchauf 3, corresponding here to decreasing burners of power (the burner generating the flame 51 being the most powerful), according to the areas to be heated or according to the specifications imposed.
La figure 8 représente un exemple de réalisation avec flammes décalées 61, 62, 63, 64 et brleurs placés en quinconce avec des longueurs de chauffe Lchauf supérieures à Lfour/2. Enfin, la figure 9 représente un exemple de réalisation d'un four de réchauffage 5 de billettes 75 qui entrent dans le four latéralement par la zone d'entrée 76 pour pénétrer dans la zone d'évacuation de fumées 79, fumées qui servent à préchauffer les billettes 75, à contre-courant. Les fumées sont évacuées par l'orifice 77 d'évacuation des fumées. FIG. 8 represents an exemplary embodiment with staggered flames 61, 62, 63, 64 and burners placed in staggered rows with Lchauf heating lengths greater than Lfour / 2. Finally, FIG. 9 represents an exemplary embodiment of a heating furnace 5 for billets 75 which enter the furnace laterally through the inlet zone 76 to enter the smoke evacuation zone 79, fumes which are used to preheat billets 75, against the current. The fumes are evacuated through the orifice 77 for evacuating the fumes.
Dans la zone de chauffage et/ou préchauffage 80, sont disposés les brleurs 71, 72, 73, 74 selon l'invention. La zone 81 dite d'égalisation comporte des brleurs 82 aéro10 combustibles en pour égaliser la température des billettes 75 qui sont ensuite éjectées du four par la zone de sortie 78. In the heating and / or preheating zone 80, the burners 71, 72, 73, 74 according to the invention are arranged. The so-called equalization zone 81 includes burners 82 with aero10 combustibles to equalize the temperature of the billets 75 which are then ejected from the furnace by the exit zone 78.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples non limitatifs suivants: The invention will be better understood using the following nonlimiting examples:
Exemple 1Example 1
Le comburant utilisé peut être de l'air, de l'air enrichi en oxygène ou de l'oxygène pur. Dans un four de réchauffage (de 7,2 m de largeur et de 1,3 de hauteur) de puissance 30 MW fournie pas des brleurs dont le comburant est de l'air préchauffé à 20 300 C., on mesure un débit de fumées d'environ 33000 Nm3/h.. The oxidizer used can be air, oxygen-enriched air or pure oxygen. In a reheating furnace (7.2 m wide and 1.3 high) with a power of 30 MW supplied by burners whose oxidizer is air preheated to 20,300 C., a smoke flow is measured about 33000 Nm3 / h ..
Les gaz brlés, issus de la combustion du gaz naturel et de l'air ont une masse volumique mesurée ptrans=0,28 kg/m3 à 1000 C (équivalent à 1,3 kg/m3 à 0 C) La vitesse incidente des gaz est de: 4.5 m/s. The burnt gases, resulting from the combustion of natural gas and air, have a density measured ptrans = 0.28 kg / m3 at 1000 C (equivalent to 1.3 kg / m3 at 0 C) The incident speed of the gases is 4.5 m / s.
On substitue aux brleurs air/combustible du four des brleurs 25 oxygène/combustible tels que des brleurs vendus sous la dénomination commerciale ALGLASS de puissance nominale de 1 MW, représentés schématiquement sur la fig. 5, avec un diamètre d'ouvreau 32, côté four, égal à 11 cm. The air / fuel burners of the furnace are replaced with oxygen / fuel burners such as burners sold under the trade name ALGLASS with a nominal power of 1 MW, shown diagrammatically in FIG. 5, with an opening diameter 32, oven side, equal to 11 cm.
Les brleurs sont orientés selon l'axe perpendiculaire à l'écoulement des fumées, soit c(x = 0. La masse volumique de l'oxygène est de 1,4 kg/m3 à 25 C. et pression 30 normale. The burners are oriented along the axis perpendicular to the flue gas flow, ie c (x = 0. The density of oxygen is 1.4 kg / m3 at 25 ° C. and normal pressure.
La largeur du four est de 7 m environ. On utilise des brleurs situés de part et d'autre du four, un brleur situé sur le côté devant assurer la chauffe sur une distance comprise entre 10% et 100% de la demi-largeur du four, de manière préférable entre 50% et 100% de la largeur du four. On obtient les résultats suivants en appliquant la formule décrite ci-avant: %/ de Lfour chauffe 10% 0,36 m 4 m/s 50%0 1,8 m 22 m/s 100%0 3,6 m 47 m/s En injectant l'oxygène aux vitesses mentionnées ci-dessus, on obtient bien des longueurs de chauffe Lchauf telles que définies dans le tableau ci-dessus. The width of the oven is approximately 7 m. Burners are used on either side of the oven, a burner located on the side to provide heating over a distance between 10% and 100% of the half-width of the oven, preferably between 50% and 100 % of the width of the oven. The following results are obtained by applying the formula described above:% / of Lfour heats 10% 0.36 m 4 m / s 50% 0 1.8 m 22 m / s 100% 0 3.6 m 47 m / s By injecting oxygen at the speeds mentioned above, many Lchauf heating lengths are obtained as defined in the table above.
Exemple 2: Dans l'exemple décrit ci-après, on a choisi du gaz naturel comme combustible (si le combustible utilisé est du fioul, il faut considérer la masse volurnique et la vitesse du jet atomisé dans le calcul ci-après). Example 2: In the example described below, natural gas was chosen as fuel (if the fuel used is fuel oil, we must consider the density and the speed of the atomized jet in the calculation below).
Dans le cas du gaz naturel, préchauffé à 300 C, la masse volumique du 15 combustible est: Pcombustible=0,8 kg/m3 à 0 C donc Pcombustible=0,38 kg/m3 à 300 C. In the case of natural gas, preheated to 300 ° C, the density of the fuel is: Pfuel = 0.8 kg / m3 at 0 C therefore Pcombustible = 0.38 kg / m3 at 300 C.
Si le brleur utilisé est un brleur vendu sous la dénomination commerciale " ALGLASS ", de diamètre D égal à 11 cm (fig. 5), on obtient: (o. 1 'L Longueur Vitesse Gaz Naturel / de Lfio) chauffe 10% 0,36 m 7 m/s 50% 1,8 m 42 m/s 100% 3,6 m 90 m/s Le tableau s'interprète comme dans le cas de l'exemple 1. il If the burner used is a burner sold under the trade name "ALGLASS", with a diameter D equal to 11 cm (fig. 5), we obtain: (o. 1 'L Speed Length Natural Gas / Lfio) heats 10% 0 , 36 m 7 m / s 50% 1.8 m 42 m / s 100% 3.6 m 90 m / s The table is interpreted as in example 1.
Exemple 3: L'ajout ou la substitution d'argon dans le comburant peut permettre d'augmenter la masse du comburant injecté et donc de favoriser le mélange, et ainsi d'obtenir une meilleure chauffe. Enfin, si l'argon est utilisé en remplacement de l'azote de l'air, la 5 suppression d'azote va provoquer une réduction significative de la pollution générée par la flamme (diminution substantielle des NOS). Example 3: The addition or substitution of argon in the oxidizer can make it possible to increase the mass of the oxidant injected and therefore to promote mixing, and thus to obtain better heating. Finally, if argon is used to replace nitrogen in the air, the removal of nitrogen will cause a significant reduction in the pollution generated by the flame (substantial reduction in NOS).
La substitution de l'azote de l'air par de l'argon ou l'ajout d'argon dans de l'oxygène pur permet de réduire la vitesse d'injection du comburant tout en conservant la même longueur de chauffe. Le fait de réduire la vitesse d'injection permet de réduire le 10 bruit associé à la flamme, permet de réduire l'entraînement associé à la flamme. La réduction de l'entraînement est importante dans les fours contenant de nombreuses particules tels que les fours à verre. Par exemple, un mélange de 40% d'Argon et de 60% d'oxygène permet de réduire la vitesse d'injection du comburant de5%. De manière préférentielle, le complément d'Argon est de l'oxygène pur, avec éventuellement un 15 résiduaire d'azote compris entre 1 % et 5 % en vol. The substitution of nitrogen in the air with argon or the addition of argon in pure oxygen makes it possible to reduce the injection rate of the oxidizer while maintaining the same heating length. Reducing the injection speed reduces the noise associated with the flame, reduces the entrainment associated with the flame. Reduction of entrainment is important in ovens containing many particles such as glass ovens. For example, a mixture of 40% Argon and 60% oxygen reduces the injection speed of the oxidizer by 5%. Preferably, the complement of Argon is pure oxygen, optionally with a residual nitrogen of between 1% and 5% by volume.
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