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Perfectionnements apportés aux instal- lations avec turbines à gaz.
L'invention est relative aux installa- tions avec turbines à gaz et elle concerne, plus spé- cialement, le cas où ces installations sont utilisées pour la production de gaz chauds sous pression. L'in- vention s'applique plus spécialement au cas où le fluide actif, fourni par une turbine à gaz, transmet indirec- tement de la chaleur, par un échangeur de chaleur, à un courant gazeux sous pression, une telle disposi- tion étant adoptée, par exemple, quand on désire obte- nir un courant d'air ou tout autre gaz qui est chaud et à pression élevée mais dont la teneur en oxygène doit être conservée de sorte que ce courant ne peut pas
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être chauffé en faisant brûler du combustible dans ce courant.
L'invention s'applique plus particulière- ment au cas où l'on désire obtenir un courant d'air chaud pour un traitement dans un haut-fourneau mais elle peut également être appliquée chaque fois que l'on a besoin d'un courant chaud de gaz comprimé.
On sait que la méthode usuelle pour chauffer de l'air, utilisé pour constituer un vent chaud pour un haut-fourneau, consiste à brûler une partie des gaz s'échappant du four et de faire passer les produits de combustion chauds ainsi obtenus pen- dant une période déterminée à travers un ou deux échangeurs de chaleur à régénération, tels qu'un ap- pareil Cowper ou à air chaud et à briques après quoi l'alimentation en gaz chaud est fournira un autre ap- pareil pendant que de l'air froid traverse l'appa- reil chauffé pour être chauffé ainsi pendant son écoulement vers le haut-fourneau. Les courants de gaz chaud et d'air froid sont inversés après un certain temps et ces alternances sont répétées continuelle- ment.
Un défaut de ce traitement est que, par suite de la pression importante de l'air froid au dessus de la pression atmosphérique, il se produit une perte de chaleur considérable quand les deux cou- rants gazeux sont inversés. Un autre inconvénient est que les appareils, dont question plus haut, sont né- cessairement très grands et, par conséquent, très coû- teux.
Un but de l'invention est d'éviter ces inconvénients.
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Elle consiste, principalement, à réa- liser un générateur de gaz chaud et à pression éle- vée, ce générateur comprenant des moyens pour four- nir du gaz sous pression, un échangeur de chaleur fonctionnant d'une manière continue pour recevoir et chauffer indirectement ce gaz chaud et comprimé, des moyens pour fournir du gaz chaud à cet échangeur pour obtenir ledit chauffage et ces derniers moyens compor- tant une turbine à gaz et à étages multiples d'où le courant de gaz chaud est dérivé depuis un étage de pression intermédiaire, lequel étage est choisi de manière que la pression du gaz chaud soit similaire à celle du gaz qui doit être ainsi chauffé.
L'échangeur de chaleur est, de préfé- rence, du type à régénération et comprend un disque ou tambour rotatif contenant un régénérateur dans le- quel sont ménagés un grand nombre de petits canaux axiaux ou radiaux à travers lesquels les deux cou- rants gazeux s'écoulent suivant des directions op- posées. Il est bien connu que des échangeurs de cha- leur de ce genre ont, en général, des avantages im- portants, en ce qui concerne l'encombrement et le ren- dement, par rapport aux échangeurs de chaleur d'un autre genre mais qu'ils présentent le défaut qu'une suppression efficace des fuites entre les courants gazeux respectifs peut être obtenue et maintenue difficilement.
Cette difficulté est, toutefois, ren- due moindre quand les courants gazeux sont à des pressions similaires et l'invention permet de réali- ser cette condition.
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Pour un mode de réalisation préféré de l'invention, appliqué plus particulièrement à un haut-fourneau, le gaz à chauffer indirectement est de,!' air qui est comprimé dans un compresseur entrai- né par le rotor de la turbine. De préférence, le compresseur est à étages multiples et l'air à chauf- fer est prélevé à un étage intermédiaire alors que l'air, pour constituer le fluide actif de la turbine, est celui recueilli dans l'étage final. Ce fluide ac- tif, dans le cas particulier des haut-fourneaux, est brûlé avec les gaz qui s'échappent du four et utili- sé comme combustible après que ces gaz ont été amenés à une pression appropriée par un compresseur à gaz, monté sur le même arbre que le compresseur princi- pal.
De préférence, le courant de gaz chaud est prélevé à la sortie d'un étage à haute pression de la turbine et qui est accouplé à un deuxième étage à basse pression d'une turbine, les deux turbines entrainant le compresseur. Le gaz chaud, à la sortie de la turbine à haute pression, peut être brûlé avec du combustible additionnel avant qu'il ne passe dans l'échangeur de chaleur et ce combustible peut être également du gaz de haut-fourneau prélevé dans un étage intermédiaire d'un compresseur à gaz à étages multiples.
Après avoir traversé l'échangeur de chaleur, les gaz passent dans une deuxième turbine à basse pression à la sortie de laquelle ils s'é- ehappent directement à l'air libre ou pénètrent dans un échangeur de chaleur auxiliaire, qui peut
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être du type tubulaire et à récupération, pour l'é- change de la chaleur avec de l'air utilisé pour for- mer le vent chaud dans le haut-fourneau, et qui est prélevé à un étage intermédiaire du compresseur d'air.
Le dessin ci-annexé montre, à titre d'exemple, et schématiquement, une installation éta- blie selon l'invention et qui constitue un généra- teur de gaz à pression élevée pour alimenter un four avec du vent chaud.
L'installation comprend un étage de compression 1, à basse pression, un étage de compres- sion 2, à haute pression, un étage de turbine 3, à haute pression, et un étage de turbine 4, à basse pression, tous ces étages étant montés sur le même arbre de sorte que les deux rotors des étages de tur- bine entrainent ceux des étages du compresseur.
L'air, pris à l'atmosphère, pénètre dans l'étage de compression 1, à basse pression, et à la sortie de cet étage une partie de l'air comprimé traverse un échangeur de chaleur auxiliaire 5 pour un échange de chaleur avec les gaz d'échappement chauds fournis par l'étage de turbine 4, à basse pression, avant de pénétrer dans un échangeur de chaleur principal et rotatif 6, à régénération, à la sortie duquel l'air, en étant à la fois comprimé et chauffé, s'écoule vers les tuyères d'un haut- fourneau 7. La partie restante de l'air, débité par l'étage 1, s'écoule vers l'étage de compression 2, à haute pression, et de là vers une chambre de combus-
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tion 8, pour entretenu la combustion d'un combus- tible.
Les produits, résultant de la combustion, s'é- coulent vers l'étage de turbine 3, à haute pression, et ensuite vers une chambre de combustion et de rechauffa- ge 9, dans laquelle une quantité plus grande de com- bustible est brûlée, ces produits traversant ensuite et successivement l'échangeur de chaleur principal 6, l'étage de turbine 4 à basse pression et l'échangeur de chaleur auxiliaire 5 pour s'échapper après à l'air li- bre.
Une économie de combustible est obtenue, dans l'installation, en se servant d'une partie des gaz, fournis par le haut-fourneau, comme combustible pour des effets de chauffage. Ces gaz sont recueillis dans le gueulard 10 du four et, après avoir été convenablement épurés et refroidis, ils sont amenés à un compresseur à deux étages 11,12 entrainé par le rotor du turbo- compresseur principal. Après avoir été comprimé dans l'étage 11, à basse pression, une partie du gaz com- bustible est prélevée et fournie à la chambre de com- bustion de rechauffage 9, alors que la partie restante de ces gaz est comprimée complètement dans l'étage 12 à haute pression du compresseur à gaz et débitée dans la chambre de combustion 8.
Une génératrice 13, de puissance élec- trique, est également entrainée par l'arbre du turbo- compresseur ce qui permet de récupérer l'énergie en excès fournie par l'installation. On peut agencer cette génératrice de manière qu'elle fonctionne comme un moteurpour faire démarrer l'installation en se servant dE²l'énergie accumulée préalablement.
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Si l'installation est agencée pour fonctionner normalement suivant un cycle à pression constante, c'est à dire pour que la combustion dans chacune des chambres de combustion 8 et 9 ait lieu sans que les pressions du gaz varient d'une manière substan- tielle, il est évident qu'en choisissant des zones de pression similaires respectivement pour le compres- seur à hate pression et pour les étages de turbine 2 et 3, il se produit une différence de pression faible ou négligeable dans l'échangeur de chaleur 6. De plus, l'étage à haute pression 12 du compresseur de gaz com- bustible peut également être calculé de manière que le combustible et lès gaz qui entretiennent la combus- tion soient fourni-s à des pressions similaires à cha- cune des chambres de combustion.
Bien que l'invention présente un avanta- ge particulier quand on se sert d'un é changeur de cha- leur rotatif et à régénération, par suite de la suppres- sion de la nécessité d'établir des joints détanchéité pour du gaz sous pression ce qui permet d'adopter des vitesses de rotation élevée, elle est également avan- tageuse quand on l'utilise en combinaison avec un échangeur de chaleur à récupération, par exemple du type tubulaire, pour la raison que les pressions des courants d'air et de gaz sont sensiblement égale s, ce qui permet de donner aux parois des tubes des épais- seurs relativement réduites de sorte que cet échangeur est moins coûteux et plus léger.