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Procédé de refroidissement de produits en morceaux.
L'invention concerne un procédé de refroidissement de produits en morceaux, en particulier de produits en vrac qui ont subi antérieurement un traitement à température élevée.
Ce procédé est caractérisé en ce qu'on transmet, au moins en partie, la chaleur encore contenue dans le produit, à une installation de turbine à gaz. La chaleur peut être trans- mise par exemple au moyen d'un véhicule de chaleur, par échan- ge de chaleur, au fluide moteur de l'installation de turbine à gaz. Mais un véhicule de chaleur gazeux refroidissant le produit en morceaux peut aussi servir lui-même de fluide mo- teur de l'installation de turbine à gaz.
Le procédé suivant l'invention est décrit ci-après en détail au moyen de quelques installations permettant de l'appliquer dans la pratique.
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Sur le dessin ci-joint:
La fige 1 représente une installation dans laquelle le gaz de refroidissement lui-même sert de fluide moteur d'une installation de turbine à gaz fonctionnant en circuit,fermé.
La fige 2 représente une installation dans laquelle le fluide moteur d'une installation de turbine à gaz fonctionnant en circuit ouvert s'échauffe par échange de chaleur avec le gaz de refroidissement.
La fig. 3 représente une installation dans la-quelle le fluide moteur d'une installation de turbine à gaz fonction- nant en circuit fermé s'échauffe par échange de chaleur avec le gaz de refroidissement.
La fige 4 représente une installation dans laquelle le fluide moteur d'une installation de turbine à gaz fonctionnant en circuit ouvert s'échauffe en supplément dans une chambre de combustion, après échauffement par le gaz de refroidissement.
La fige 5 représente une installation dans laquelle le fluide moteur d'une installation de turbine à gaz fonctionnant en circuit ouvert s'échauffe dans un réchauffeur de gaz en supplément, après échauffement par le gaz de refroidissement.
La fige 6 représente une installation dans laquelle le fluide moteur d'une installation de turbines à gaz fonc- tionnant en circuit ouvert et comportant deux turbines sépa- rées de compression et de puissance utile s'échauffe en sup- plément rlans une chambre de combustion, après échauffement par le gaz de refroidissement.
La fig. 7 représente une installation dans laquelle le fluide moteur d'une installation de turbines à gaz fonc- tionnant en circuit semi-ouvert et comportant deux turbines de compression et une turbine de puissance utile, s'échauffe en supplément dans un réchauffeur de gaz, après échauffement par le gaz de refroidissement.
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Dans un récipient de refroidissement 1 (fig. 1 à 7) on fait arriver par un sas au moyen d'un dispositif de rem- lissage 2, un produit en morceaux qui a subi antérieurement un traitement à température élevée, par exemple le coke d'un four à coke ou à gaz. Le coke incandescent tombe par le dis- positif de remplissage en formant un cône d'éboulement 3 sur le coke qui y a déjà été introduit et dont la masse 4 a déjà étérefroidie davantage dans la partie inférieure et dans une' mesure moindre dans la partie supérieure. Le coke refroidi sort à la partie inférieure par un sas, au moyen d'un dispo- sitif de déchargement 5, pour être transporté à un dépôt au directement au point d'utilisation. Le tuyau 6 fait arriver un fluide gazeux de refroidissement dans le récipient de re- froidissement et ce fluide sort par un tuyau 7 après avoir été chauffé.
Dans l'installation de la fig. 1, le fluide de refroi- dissement chaufféarrive par le tuyau 7 d'abord dans un sépa- rateur de poussière 8, dans lequel la poussière de coke en- %rainée pendant le refroidissement se sépare. Le gaz dépoussié- ré arrive par un tuyau 9 dans une turbine 10, et en sortant de cette turbine, par un tuyau 11 dans un générateur de va- peur 12. Une fois le gaz de refroidissement sorti par un tuyau 13, une grande partie de la chaleur absorbée au cours du re- froidissement du coke remplissant le récipient 1 a été utilisée soit dans la turbine 10, soit dans le générateur et vapeur 12.
Enfin, une partie de la chaleur résiduelle est utilisée dans un réfrigérant 14. Cette chaleur résiduelle est absorbée par exemple par de l'eau, qui arrive par un tuyau 15, puis qui sort par un tuyau 16 pour arriver par exemple à un point d'u- tilisation non représenté. Le gaz de refroidissement, de nou- veau refroidi, arrive par un tuyau 17 dans un compresseur 18 puis revient par le tuyau 6 dans le récipient de refroidisse- ment 1. Pour remplacer les pertes de fluide moteur, dont une
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fraction peut s'échapper par exemple par les presse-garniture et les parties non étanches de l'installation, on raccorde au cir- cuit décrit du fluide de refroidissement un compresseur 19 par le tuyau 20, qui permet de faire arriver dans le circuit, de l'air atmosphérique.
L'oxygène de l'air brûle dans le réci- pient de refroidissement 1, tandis que l'azote reste dans le circuit sous forme de fluide de refroidissement.
La turbine 10 actionne le compresseur 18 et la généra- trice électrique 21 qui transmet à l'extérieur la puissance utile de l'installation sous forme d'énergie électrique. Le compresseur 19 peut être actionné par un électro-moteur, non représenté, qui est accouplé au réseau de la génératrice élec- trique 21. Pour mettre l'installation en marche, la généra- trice électrique 21 fonctionnant en moteur peut actionner le compresseur 18 et la turbine 10 jusqu'à ce que le fluide de refroidissement lui-même puisse faire tourner la turbine et par suite le compresseur.
Dans l'installation de la fig. 2, le fluide de refroi- dissement qui circule dans la chambre de refroidissement 1 n'ar- rive pas lui-même dans la turbine à gaz, mais sert à chauffer par un échangeur de chaleur 22 un second gaz, qui n'est destiné qu'à la turbine. Le fluide de refroidissement sortant de l'é- changeur de chaleur par un tuyau 23 arrive dans un générateur de vapeur 24 dans lequel il cède encore de la chaleur, puis arrive par un tuyau 25 dans un ventilateur 26 et revient dans le récipient de refroidissement 1 par le tuyau 6.
Le fluide moteur de l'installation de turbine à gaz est constitué par l'air provenant de l'atmosphère par un tuyau 27, comprimé dans un compresseur 28 et préchauffé d'abord dans un échangeur de chaleur 29 fonctionnant en récupérateur, et fi- nalement chauffé à la température de fonctionnement définitive ,' dans l'échangeur de chaleur 22. Le fluide moteur chauffépasse dans la turbine 30 et après s'y être détendu, passe par l'échan-
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geur de chaleur 29 et arrive dans le générateur de vapeur 24.
Enfin, le fluide moteur peut arriver par un tuyau 31 à d'autres points d'utilisation, non représentés, ou s'échapper directe- me t dans l'atmosphère. La turbine 30 actionne le compresseur 28 et la génératrice électrique 21. La vapeur du générateur 24 peut servir à faire fonctionner une installation de force mo- trice à vapeur, non représentée, ou au chauffage.
Dans l'installation de la fig. 3, le circuit du fluide de refroidissement passe par le récipient de refroidissement 1, l'échangeur de chaleur 22 et le générateur de vapeur 24, de la même manière que dans l'installation de la fig. 2. Mais l'ins- tallation de turbine à gaz qui lui est raccordée fonctionne en. circuit fermé du fluide moteur. Le compresseur 32 reçoit, par un tuyau 33, le gaz moteur refroidi et le refoule à l'état comprimé dans un échangeur de chaleur 34 qui fonctionne en ré- cupérateur, puis dans l'échangeur de chaleur 22. Le gaz moteur ainsi chauffé alimente une turbine 35 et une fois détendu ar- rive dans l'échangeur de chaleur 34 et en en sortant, dans le générateur de vapeur 24.
Enfin, le gaz moteur arrive par un tuyau 36 dans un réfrigérant 37 dans lequel une partie de la chaleur résiduelle est transmise à l'eau de refroidissement qui arrive par un tuyau 38 et sort par un tuyau 39. En sortant du réfrigérant, le gaz moteur revient par le tuyau 33 dans le compresseur 32, d'où il parcourt de nouveau le même circuit.
Pour remplacer les pertes qui se produisent aux points non étan- ches du circuit du fluide moteur de l'installation de turbine à gaz, on fait arriver du fluide moteur provenant du circuit de refroidissement du récipient de refroidissement 1 par un tuyau 40 dans le tuyau 36 du circuit du fluide moteur de l'installa- ti.on de turbine à gaz. Les pertes qui se produisent dans le cir- cuit de refroidissement du récipient de refroidissement 1 se remplacent automatiquement par les points non étanches dans la zone de dépression de ce circuit par l'air provenant de l'at- mosphère.
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La turbine 35 actionne le compresseur 32 et la géné- ratrice électrique 21 qui transmet à l'extérieur la puissance utile de l'installation sous forme d'énergie électrique.
L'installation de la fig. 4 fonctionne en principe de la même manière que celle de la fig. 2; mais une chambre de combustion 45 est montée dans le circuit du fluide moteur en aval de l'échangeur de chaleur 22. Cette chambre de combustion permet de chauffer le fluide moteur de l'installation de tur- bine à gaz à une température encore plus élevée que celle que lui fait prendre le fluide de refroidissement du récipient 1.
Un compresseur 46 fait arriver un gaz combustible dans la cham- bre de combustion ce gaz étant adpiré par un tuyau 47 en un point non représenté. On peut employer à cet effet, par exemple de l'oxyde de carbone, qui a été séparé au moment de la fabri- cation du gaz de ille. Le compresseur du gaz combustible 46 est actionné par la turbine 30, de même que le compresseur 28 et la génératrice électrique 21.
L'installation de la fige 5 fonctionne comme celles des fig. 2 et 4, avec circuit ouvert du fluide moteur de l'installa- tion de turbine à gaz. Elle comporte un réchauffeur de gaz supplémentaire 50 qui chauffe le fluide moteur de l'installa- tion de turbine à gaz par échange de chaleur. Cet échangeur de chaleur reçoit un gaz combustible par un tuyau 51 et de l'air comburant par un tuyau 52. Les gaz brûlés sortent de la ahambre de combustion du réchauffeur de gaz et arrivent dans un échan- geur de chaleur 53 dans lequel la vapeur produite dans le géné- rateur de chaleur 24 subit une surchauffe.
Puis les gaz brûlés arrivent avec les gaz d'échappement de la turbine à gaz 30 dans le générateur de vapeur 24. i
Dans l'installation de la fig. 6, comme dans l'installa- tion de la fig. 4, la chaleur est transmise par un échangeur de chaleur 22, du circuit du fluide de refroidissement du ré- cipient de refroidissement 1 au circuit de l'installation de turbines à gaz. Celle-ci comporte deux turbines 55 et 56 montées
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en série, qui actionnent chacune un des compresseurs 57 et 58 montes en série. Le fluide moteur de l'installation de turbines à gaz est constitué par l'air venant de l'atmosphère par un tuyau 59 et arrivant dans le compresseur à basse pression 57.
L'air ayant subi un refroidissement intermédiaire dans un réfri- gérant 60 est comprimé à sa pression définitive dans le compres- seur à haute pression 58 et arrive dans un échangeur de chaleur 61, qui fonctionne en récupérateur. L'air comprimé subit un chauf- fage supplémentaire dans l'échangeur de chaleur 22. Enfin, l'air comprimé est chauffé à sa température définitive par la combus- tion dans la chambre de combustion 45. A cet effet, on fait ar- river dans la chambre de combustioh, par un compresseur 62, un gaz combustible qui brûle dans l'air comprimé. Le mélange d'air et Ide gaz brûlés alimente d'abord la turbine à haute pression 55, puis la .turbine à basse pression 56.
Après détente, la quan- tité de chaleur résiduelle encore utilisable est transmise dans le,récupérateur 61 au fluide moteur qui vient d'être comprimé.
Puis les gaz sortent par untuyau 63 pour arriver aux points d'utilisation, non représentés, ou s'échappent directement dans l'atmosphère. La puissance utile est fournie par la turbine à basse pression 56, qui actionne la génératrice électrique 21.
1 Dans l'installation de la fig. 7, la chaleur du fluide de refroidissement du récipient de refroidissement 1 est trans- mise dans l'échangeur de chaleur 22 au fluide moteur d'une ins- tallation de turbines à gaz en circulation semi-ouvert. Un com- presseur à basse pression 65 et un compresseur à haute pression 66, compriment le fluide moteur du circuit, avec refroidissement intermédiaire dans un réfrigérant 67, à la pression de fonction- nement définitive. Une portion du fluide moteur comprimé subit un!préchauffage dans l'échangeur de chaleur 22 et une autre por- tion dans un échangeur de chaleur 68, qui fonctionne en récupé- rateur.
Les deux portions une fois préchauffées se réunissent au point 69 et se séparent tout de suite après au point 70 en deux
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portions, dont l'une passe dans les tubes 71 d'un réchauffeur de gaz 72, s'y échauffe davantage et arrive ensuite dans une tur- bine 73. Après avoir fourni du travail, le fluide moteur ser à préchauffer dans le récupérateur 68 une portion du fluide moteur pour passer ensuite dans un réfrigérant 74 et revenir après dans la turbine à basse pression 65. Une fraction du fluide moteur du circuit décrit ci-dessus est prélevée au point 70 et est in- troduite sous forme d'air comburant par un tuyau 75 dans une cham- bre de combustion 76 du réchauffeur de gaz 72. Un compresseur 78 fait arriver un gaz combustible à un brûleur 77.
Les gaz brûlés produits par la combustion chauffent d'abord la portion du flui- de moteur qui passe dans les tubes 71, et arrivent ensuite par un tuyau 79 dans la turbine 80, puis de cette turbine dans la. turbine 81. En sortant de la turbine à basse pression, les gaz brûlés peuvent arriver par un tuyau 82 à d'autres points d'uti- lisation, non représentés, ou s'échapper dans l'atmosphère.
Pour remplacer la fraction prélevée dans le circuit, un compresseur 83 comprime de l'air provenant de l'atmosphère et le refoule par un tuya.u 84 dans le circuit entre le récupérateur 68 et le réfrigérant 74.
La turbine 73 actionne les deux compresseurs 65 et 66 du circuit et le compresseur du az combustible 78. La turbine à haute pression 80 actionne le compresseur de l'air atmosphéri- que 83. Enfin, la turbine à basse pression 81 fournit la puis- sance utile en actionnant la génératrice électrique 21 qui trans- met à l'extérieur la puissance utile sous forme d'énergie élec- trique.
Le procédé décrit ci-dessus peut évidemment être appli- qué à d'autres installations dans lesquelles il s'agit de re- froidir uh produit en morceaux qui a, subi antérieurement ,un trai- tement à température élevée. Il peut servir par exemple à faire ' fonctionher des installations de turbines à gaz par la chaleur
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du produit à refroidir à l'occasion de la fabrication du car- bure. Le produit à refroidir peut aussi être chargé, par exem- ple dans des wagonhets de refroidissement qu'on fait entrer eux- mêmes dans une chambre de refroidissement.