BE521459A - - Google Patents

Description

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  PROCEDE DE CHAUFFAGE DE FOURS A COKE AVEC DU GAZ RICHE DE POUVOIR CALORIFIQUE
VARIABLE,. 



   La présente invention se rapporte à un procédé pour diminuer la consommation de chaleur dans le chauffage des fours à coke avec des gaz résiduels (dénommés aussi gaz riches ou gaz de retour). Ce sont les gaz résiduels qui restent, dans les installations de synthèse, après traitement des gaz de fours à coke.

   Ils ont cette propriété que leur pouvoir calorifique, qui est conditionné en principe par leur teneur en méthane, oscille très fortement,en fait entre un pouvoir calorifique supérieur de 4000 et de 7000   kcal/Nm3.   Lorsqu'il faut procéder au chauffage avec une quantité   d'air   demeurant constante dans le temps, cette quantité   d'air   doit être mesurée de telle façon que même pour les pouvoirscalorifiques du gaz les plus élevés qui se présentent, on ait encore une combinaison complète et qu'un dépôt de suie dans les échangeurs de chaleurpar exemple les régé-   nérateurs  soit évité.

   Cela signifie que dans les intervalles pendant lesquels le gaz a un pouvoir calorifique bas, on travaille avec un grand excès   d'air,   qui peut atteindre   80%.   Le grand excès d'air a pour conséquence que l'utilisation de la chaleur amenée dans les gaz résiduels est relativement mauvaise Si l'on prend   100 %   pour le taux d'utilisation de la chaleur avec le gaz de four à cokece taux tombe à   90%   en cas de chauffage avec du gaz pauvre et même seulement à environ 85% avec des gaz résiduels. On est donc amené à chercher des moyens et des voies pour améliorer cette utilisation relativement mauvaise de la chaleur dans le chauffage avec des gaz résiduels. 



   L'invention a pour objet la tache de diminuer l'excès d'air important dans le chauffage au moyen de tels gaz résiduels à pouvoir calorifique fortement variable, sans avoir les inconvénients précités. A cette tache on satisfait par l'invention par le fait qu"au gaz résiduel, avant   qu'il   parvienne au brûleur pour être mélangé à de Pair en vue de sa combustion, on ajoute de   l'air   continuellement., en quantité telle que le pouvoir calorifique du mélange d'air et de gaz résiduel reste de valeur constante. 



   On a déjà proposé d'employer un autre gaz pour le mélange avant combustions par exemple du gaz de générateur. Mais alors la quantité de gaz 

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 résiduel qu'on peut employer diminue plus ou moins, ce qui doit être considéré comme un inconvénient. On connaît aussi le mélange avec du gaz de récupération ou de déchet. Le gaz de déchet est cependant moins convenable, car il présente la plupart du temps une forte teneur en vapeur d'eau, ce qui, au refroidissement, entraîne une destruction des tuyaux de fer.   On   ne souhaite pas non plus une température élevée du gaz de déchet, pour le cas présent.

   Dans l'emploi de gaz de chauffage à forte teneur en méthane, gaz dont les gaz résiduels font partie pour chauffer les fours à coke, un certain rôle est joué notamment par la température de préchauffage dans les conduites d'amenée de gaz aux brûleurs. Elle ne doit pas dépasser une certaine valeur pour qu'il n'y ait pas une forte décomposition du méthane. 



  Pour cette raison, on a encore, de façon répétée, ajouté, dans les   disposi-   tifs pour le chauffage des fours à coke avec des gaz au méthane, non seulement du gaz de générateur froid, mais aussi de   l'air.   C'est ainsi que depuis déjà assez longtemps on laisse, dans ces installations, certaines quantités d'air être ajoutées au gaz résiduel par aspiration par de petites ouvertures des conduites qui vont aux tuyères, en utilisant la dépression qui y règne. 



   En amérique, on mélange déjà depuis longtemps au gaz naturel, qui consiste principalement en méthane,de l'air dans la proportion   1 ;   1, et cela en fait par ce que dans les fours qu'on y utilise on ne peut chauffer du gaz naturel sans produire une formation de suie et une obstruction des conduites   d'amenée.   Des expériences à cet égard ont été faites récemment en Europe aussi dans le chauffage de fours à coke avec du gaz naturel. 



  Dans ce cas le mode de construction des fours,respectivement le mode d'amenée des gaz joue toujours un rôle; alors que dans le mode de construction avec brûleur par dessous le gaz naturel arrivant à pouvoir calorifique constant peut être employé sans difficulté à 100% comme gaz de chauffage, dans le mode de construction des fours à amenée latérale du gaz riche cela n'est pas possible, bien plus, on doit y mélanger du gaz de générateur. L'effet du mélange avec du gaz de générateur froid ou de l'air tient à ce que par là le débit de gaz de chauffage et ainsi la vitesse dans les conduites d' amenée est augmentée et que par suite encore l'intensité du préchauffage du gaz est abaissée et la décomposition du méthane diminuée. 



   Si donc jusqu'à présent on a déjà mélangé aussi de l'air aux gaz contenant du méthane ou aux gaz résiduels, le but était autre que celui de l'invention. Ici, en fait, il faut ajouter de manière obligée,au gaz, résiduel, avant l'entrée dans les arûleure, à l'extérieur du four, autant d' air qu'il en faut pour que le pouvoir calorifique variable soit composé et soit maintenue à une valeur d'environ 4000   kcal/Nm3.   C'est là la valeur   minima   qui se présente avec des gaz résiduels, valeur qui se trouve à peu près égale à celle du pouvoir calorifique du gaz de four à coke. Si donc à présent on amène au four un gaz à pouvoir calorifique demeurant constant, on peut aussi organiser le réglage d'air correspondant de telle façon que l'excès d'air atteigne une valeur basse favorable.

   On diminue ainsi notablement la quantité de gaz de déchet et la consommation de chaleur du four. 



  Alors il est peu important que par mélange d'air au gaz résiduel on amène au brûleur déjà une certaine partie de l'air de combustion. Avec un pouvoir calorifique du gaz résiduel de 6000 koal/Nm3, il faut mélanger au gaz résiduel 50%   d'air   en volume,, pour arriver à un pouvoir calorifique de   4000   kcel/Nm3. Pour le pouvoir calorifique le plus élevé qui se présente dans les gaz résiduels, soit   7000     kcal/Nm3,   il faut 70% d'air environ. Lorsque le pouvoir calorifique, respectivement la teneur en méthane baisse,la quantité d'air à mélanger diminue. Par contre la quantité d'air reportée à un gaz résiduel de   7000     koal/Nm3   doit être de 950 % environ pour amener la combustion complète de celui-ci. 



   On arrive à l'exécution la plus parfaite du procédé lorsque le pouvoir calorifique du gaz résiduel est maintenu à valeur constante par mélange d'air au moyen d'un régulateur automatique de pouvoir calorifique de mode de construction connu. Lorsque la variation de la teneur en méthane et du pouvoir calorifique n'a pas lieu trop souvent et ne se produit qu'a des moments connus, et que dans les entrefaites le pouvoir calorifique demeure 

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 constante on peut aussi organiser le mélange   dair   de telle manière que, par un régleur de mélange une quantité déterminée d'air soit toujours mélangée au gaz dans un rapport constant et réglable, une correction du réglage devant intervenir de toute façon pour chaque changement du pouvoir calorifique.

   Pour des changements durables et imprévisibles du pouvoir calorifique du gaze on peut suivant l'invention changer la proportion de mélange réglable de gaz et   dair   sous l'influence d'un dispositif de contrôle du pouvoir calorifique. Par le fait qu'on procède au mélange d'air dans la canalisation principale de distribution, on a un appareillage relativement simple 
Dans le procédé suivant 1?invention on arrive à amener au four, par unité de   temps,\1   une quantité de chaleur constante réglable. Pour un pouvoir calorifique constant du gaz de chauffage et une pression constante devant les brûleurs ceci est assuré lorsque ce qu'on appelle le nombre de Wobbe 
 EMI3.1 
 Ho Wobbe reste constant, où do est le pouvoir calorifique supérieur du gaz et 5 sa densité.

   Ceci   n'est   cependant le cas, comme on le voit, que lorsque le poids spécifique du gaz ne change pas ou ne change que peu. Dans les gaz résiduels, le poids spécifique ne change que peu par mélange avec de Pair, en sorte qu'il n'y a pas lieu de s'en préoccuper. Si l'on veut aussi tenir compte de l'influence, sur la quantité de chaleur amenée au four, du poids spécifique du gaz chauffant réglé pour un pouvoir calorifique ' 
 EMI3.2 
 constant par mélange d9air, cela est possible suivant un développement de 'l,.

   l'idée inventive, en prévoyante dans   l'amenée   de gaz riche, un organe d'étranglement qui est commandé d'une part, par un dispositif de mesure de pression   et))   d'autre part, par un dispositif de mesure de la densité du gaz dans la conduite de distribution du mélange de gaz, de telle sorte que le rapport pression à densité du gaz chauffant conserve une valeur constante. 



   Au procédé proposé on pourrait,si l'on ne connaît pas exactement les éléments du sujet, objecter qu'il y a de son fait danger de coups de feu ou d'explosions. Mais ceci n'est pas le cas, comme le montre le tableau suivant : 
 EMI3.3 
 
<tb> 
<tb> Type <SEP> de <SEP> gaz <SEP> Gaz <SEP> lid- <SEP> Gaz <SEP> ré- <SEP> Gaz <SEP> ré- <SEP> Gaz <SEP> de
<tb> turel <SEP> siduel <SEP> siduel <SEP> four <SEP> à
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> coke
<tb> 
 
 EMI3.4 
 ----------------------------------------------..------------------ 
 EMI3.5 
 
<tb> 
<tb> 1) <SEP> Pouvoir <SEP> calorifique <SEP> inférieur.,
<tb> kcal/Nm3 <SEP> 8480 <SEP> 6780 <SEP> 4850 <SEP> 4100
<tb> 2) <SEP> Limite <SEP> d'allumage <SEP> supérieure <SEP> c'est-
<tb> à-dire <SEP> de <SEP> gaz <SEP> dans
<tb> le <SEP> mélange <SEP> gaz-air,

  
<tb> en <SEP> dessous <SEP> duquel <SEP> le
<tb> 
 
 EMI3.6 
 mélange s 9 alluma 15 05 2102 9 a 3 .6 
 EMI3.7 
 
<tb> 
<tb> 3) <SEP> Rapport <SEP> gaz/air <SEP> à
<tb> la <SEP> limite <SEP> supérieu-
<tb> 
 
 EMI3.8 
 re d 9 allumage 1/5.4 1/3 07 1/2 o# 1/106 4) Mélange d?air (gaz/air) 1/1 1/G a7G 1/ 021 1/0 
 EMI3.9 
 
<tb> 
<tb> 5) <SEP> Degré <SEP> de <SEP> mélange
<tb> d'air <SEP> en <SEP> % <SEP> jusqu'a
<tb> atteindre <SEP> la <SEP> limite
<tb> d'allumage <SEP> supé- <SEP> @
<tb> 
 
 EMI3.10 
 rieure lz3 05 1900 8.8 0 

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Dans ce tableau, on a donné dans la ligne horizontale 1 a 3, pour deux gaz résiduels ainsi que, à titre de comparaison, pour du   gaz.na-   turel et du gaz de four à coke, le pouvoir calorifique inférieur,

   la limite d'allumage ou d'inflammation supérieure ainsi que le rapport gaz/air à la limite supérieure d'allumage. A la ligne horizontale 4, on a indiqué le plus grand mélange d'air par le rapport gaz/air et en fait on a indiqué pour le gaz naturel un rapport de 1/1, comme on l'emploie depuis longtemps en Amérique, sans qu'on ait eu aucun coup de feu dangereux. Pour les deux analyses de gaz résiduel, on a déterminé la quantité d'air à mélanger de telle façon qu'au pouvoir calorifique du gaz on donne, suivant le mode de travail proposé, une valeur inférieure constante d'environ   4000   kcal. 



  Pour le gaz de four à coke, le mélange d'air est égal à zéro. Des lignes 3 et 4, résulte donc un degré de mélange d'air, pour ainsi dire, qui indique par rapport à la proportion d'air, pour la limite supérieure d'allumage, quel pourcentage d'air se trouve présent dans le mélange gazeux. Comme on le voit, cela ne représente pas plus, pour le plus haut, pouvoir calorifique du gaz résiduel, que pour le gaz naturel, en sorte que, en se plaçant donc du point de vue du danger couru en appliquant le procédé proposé, il ne aubsiste pas de doute, surtout lorsqu'on prévoit les dispositifs de sécurité nécessaires qui empêchent avec sécurité de tomber en dessous de la limite d'allumage supérieure.

   Sous ce rapport il faut aussi considérer les brûleurs à gaz sous pression, dans lesquels on mélange hors du four du gaz riche et de l'airo 
Le procédé suivant l'invention peut être employé aussi bien pour des fours à régénération que pour des fours à récupération 
Aux figures ci-annexées 1 et 2, on a représenté le procédé suivant l'invention. La figure 1 montre l'agencement de l'appareillage nécessaire pour le développement du procédé, en élévation, et la figure 2 le montre en plan. Pour simplifier la représentation, on a exposé l'un à côté de l'autre plusieurs manières de procéder. On a représenté aussi bien un régleur qui travaille en dépendance d'un contrôleur de pouvoir calorifique qu'un régleur de mélange qui peut être réglé ou ajusté à la main on automatiquement.

   Enfin on a prévu aussi un organe d'étranglement par lequel pour une mesure automatique de la pression et de la densité, on maintienne un rapport déterminé de ces grandeurs dans les gaz amenés au four. 



   1 est la partie inférieure d'un four à coke à régénération à brûleur inférieur auquel le gaz chauffant est amené par les conduites répartitrices 2. Dans ces conduites répartitrices sont montés les robinets de changement de marche qui pour chaque changement sont   man.oeuvrés   par le train de câbles 4. 5 sont les soupapes d'arrêt dans les conduites de répartition, qui permettent de couper celles-ci de la conduite principale de mélange gazeux 6a. La. pression dans la conduite d'amenée principale est maintenue à une valeur constante réglable au moyen d'un régulateur de pression 7.

   Dans la conduite d'amenée principale se trouve l'appareil mélangeur 8 auquel est amené par le ventilateur 10 l'air nécessaire au mélange, empruntant la conduite 9. 11 est un robinet   d'arrêt   par lequel on peut couper la conduite d'air de la conduite de gaz   riche.   Le régleur de pouvoir calorifique 12 est en communication, par la conduite d'écoulement partiel 13, avec la conduite principale 6a derrière l'appareil mélangeur 8, et influence par le cylindre de réglage 1, le clapet d'étranglement 15 dans la conduite d'air 9. Dans la conduite d'air est monté en outre une soupape d'arrêt automatique 16 qui est ouverte et fermée à chaque processus de changement de marche par l'organe 17 commandé par le train de câbles 4, et par le cylindre de réglage 20.

   Elle sert en outre de soupape de sûreté et est fermée lorsque 
1 Le régleur de pouvoir calorifique   12   ne fonctionne pas ou indique des valeurs trop élevées ou trop basses du pouvoir calorifique (conduite d'impulsion 18),   2. La   soufflerie d'air 10 est au repos (conduite d'impulsion 19) 

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3, La pression de gaz résiduel dans la conduite principale 6a est insuffisante (conduite d'impulsion   21).   



    4, L'inscripteur de teneur en 02 22 indique une valeur maxima (conduite d'impulsion 23).   



   Pour le cas où le mélange d'air doit se faire par un régleur de mélange on monte dans la canalisation principale 6 du gaz résiduel et dans la conduite d'amenée d'air 9 des diaphragmes 24 et 25 dont les dif- férences de pression sont reportées par les conduites d'impulsion 26 et 27 ainsi que 28 et 29,au régleur de mélange. 



   Ainsi le clapet d'étranglement 15 est commandé par le régleur de mélange 30 par l'intermédiaire du cylindre de réglage 31, En outre le rapport de mélange peut alors être modifié en dépendance du pouvoir calo- rifique indiqué par l'enregistreur de pouvoir calorifique 32, automatique- ment,par la conduite d'impulsion 33. 



   34 est l'appareil de mesure de densité, qui mesure continuelle- ment le poids spécifique du mélange gazeux dans la conduite 6. Par la conduite d'impulsion 35 partant de celui-ci, le régleur de pression 7 peut être réglé en dépendance du poids spécifique dans la conduite 6a, automa- tiquement, de manière telle qu'il soit toujours amené au four une même quantité de gaz de mélange de la canalisation 6a par l'intermédiaire des con- duites de répartition 20 
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 ààléQÀQMIEL

Claims (1)

1., Procédé de chauffage de fours à coke au gaz riche de pouvoir calorifique variable, caractérisé en ce que le pouvoir calorifique du gaz riche est maintenu à une valeur de pouvoir calorifique constante, par mélange d'aira 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le pouvoir calorifique du gaz riche est réglé à une valeur ajustable et,con- stante par mélange avec de l'air au moyen d'un régleur automatique de pouvoir .calorifique.

3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'amenée d'air de mélange se fait par un régleur de mélange dans une proportion ajustable et constante à la quantité de gazo 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport ajustable de mélange de l'air et du gaz est modifié automatiquement sous l'influence d'un dispositif de contrôle du pouvoir calorifique.

5 Frocédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'air est ajouté en mélange dans la conduite principale de répartition du gaz riche avant les fours, dans un appareil mélangeur spécial.

60 Procédé suivant les revendications 1 à 5caractérisé en ce que, dans la conduite d'amenée de gaz riche, un organe d'étranglement est commandé en dépendance d'un dispositif de mesure de la pression et d'un dispositif de mesure de la densité du gaz dans la conduite répartitrice de mélange de gaz,de façon telle que le rapport pression densité du gaz de chauffage conserve une valeur constante.