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La présente invention se rapporte à une installation de production de vent pour haut-fourneau et elle a pour objet de simplifier notablement les instal- lations de ce genre en ce qui concerne la construction de l'installation et le montage des différentes machines ainsi qu'en ce qui concerne la conduite de l'ex- ploitation, et ceci en obtenant en même temps une grande sûreté de marche et un rendement élevé de l'installation.
Dans une installation suivant l'invention, on parvient à ce résultat du fait que de l'air est comprimé à la pression du vent dans un compresseur au moins, puis échauffé par échange de chaleur et qu'une première quantité partielle de cet air est amenée au haut-fourneau comme vent chaud et une seconde quantité partielle à une turbine servant à actionner le com- presseur, que, de plus, l'air sortant de la turbine est utilisé comme air combu- rant pour brûler le gaz de gueulard fourni par le haut-fourneau et qu'enfin les gaz de foyer chauds produits par la combustion sont amenés comme moyen de chauf- fage à un dispositif d'échange de chaleur agissant en même temps comme récupéra- teur.
Le dispositif d'échange de chaleur peut présenter de préférence une voie d'écoulement commune pour l'air comprimé affluant au haut-fourneau et à la turbine à gaz. La combustion du gaz de gueulard a alors lieu dans un seul dispositif de combustion monté en amont du dispositif d'échange de chaleur et l'air chaud destiné au haut-fourneau et à la turbine présente la même températu- re en aval du dispositif d'échange de chaleur.
Il est cependant également possible de prévoir un premier dispositif d'échange de chaleur pour échauffer l'air comprimé amené au haut-fourneau, et pour échauffer l'air amené dans la turbine, un second dispositif d'échange de chaleur séparé du premier, un dispositif de combustion propre étant alors affec- té à chacun des dispositifs d'échange de chaleur. Il peut alors être brûlé de préférence dans le dispositif de combustion affecté au premier dispositif d'é- change de chaleur une quantité de gaz de gueulard réglée dans le sens du main- tien de la température du vent à un niveau constant, tandis que, dans le disposi- tif de combustion affecté au second dispositif d'échange de chaleur, est brûlée une quantité de gaz de gueulard influencée en fonction de la quantité de vent nécessaire pour le haut-fourneau.
Il en.résulte à charge partielle une conduite de l'exploitation dans laquelle l'air nécessaire pour la turbine ne doit pas être obligatoirement chauffé à la température du vent du haut-fourneau, ce qui contri- bue à ménager les échangeurs de chaleur destinés à échauffer l'air s'écoulant dans la turbine. On expliquera ci-dessus l'invention plus en détail en se réfé- rant à l'exemple de réalisation représenté par le dessin.
La figure 1 représente schématiquement une installation selon l'in- vention.
La figure 2, une installation avec une disposition et une constitu- tion du dispositif d'échange de chaleur différant de la figure 1.
Le compresseur 1 (figure 1) aspire de l'air ambiant par la conduite 2 et le comprime à la pression de vent demandée par le haut-fourneau, pression de 2,5 kg/cm2 par exemple. L'air comprimé et déjà porté de ce fait à 120 C en- viron parvient ensuite par la conduite 3 dans les tubes 4 du dispositif d'échange de chaleur 5 dans lequel, d'une manière qui sera décrite ci-après, la totalité de l'air passant par les tubes 4 est chauffée à la température du vent chaud nécessaire à la marche du haut-fourneau, 750 C par exemple. L'air échauffé et comprimé est évacué du dispositif d'échangeur de chaleur par la conduite 6. Au point 7 le courant d'air se partage en deux quantités partielles, sensiblement égales par exemple.
La première quantité partielle s'écoule comme vent de haut- fourneau, par la conduite 8 vers le haut-fourneau 9 et une seconde quantité par- tielle, par la conduite 10 dans la turbine 11 comme agent de fonctionnement.
Cette turbine sert à actionner le compresseur 1 et elle est accouplée avec ce dernier par l'arbre 12 qui présente un accouplement débrayable 13. Pour le fonc- tionnement du haut-fourneau 9 sont nécessaires par exemple environ 100.000 mètres @
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cubes normaux à l'heure, de sorte que la quantité d'air à fournir par le compres- seur 1 se monte au total., dans le présent cas de marche, à environ 200.000 mN/H.
Dans la turbine 11, l'air chaud utilisé comme agent de fonctionnement est détendu sensiblement à la pression atmosphérique et la température de l'air sortant de la turbine par la conduite 14 est encore de 560 par exemple.
Une quantité partielle du gaz de gueulard produit dans la marche du haut-fourneau est amenée par la conduite 15 dans le dispositif de combustion 16 et là, il est brûlé en combinaison avec l'air d'échappement de la turbine 11 ser- vant d'air comburant affluant au dispositif 16 par la conduite 14. Les gaz de foy- er produits balaient le côté externe des tubes 4 du dispositif d'échange de cha-- leur 5 et servent ainsi de moyen de chauffage pour échauffer 1" a i r provenant du compresseur 1 et s'écoulant par les tubes 4 Les gaz de foyer re- froidis dans le dispositif d'échange de chaleur sont ensuite conduits dans la cheminée 17 et peuvent être amenés à un consommateur de chaleur non figuré en vue de l'utilisation éventuelle de la chaleur résiduelle qu'ils contiennent encore.
Le compresseur 1 est accouplé avec possibilité de débrayage avec un électro-moteur 18 Celui-ci sert à la mise en marche de l'installation décrite et il est ainsi calculé qu'il est en mesure d'accélérer le groupe de machines 1, 11 à une vitesse angulaire telle qu'à cette vitesse l'installation est capa- ble de fonctionner indépendamment de toute commande étrangère.
S'il faut que le haut-fourneau soit mis en marche en même temps que le groupe de machines 1, 11, il faut assurer une alimentation en combustible in- dépendante de ce haut-fourneau 9. Il peut être employé à cette fin du gaz de gueu- lard en excédent provenant d'un autre haut-fourneau, non figuré, ou il peut être prévu, dans le dispositif d'échange de chaleur 5, un dispositif non figuré de combustion auxiliaire de combustible liquide.
Le moteur électrique 18 est constitué de préférence de manière que, dans le cas où la turbine 11 est mise à l'arrêt (par suite de révision par exempl< il puisse développer une puissance d'entraînement suffisante pour que le compres- seur 1 soit en mesure de comprimer à la pression de vent voulue la quantité de vent exclusivement nécessaire pour le haut-fourneau. Pour l'exemple de réalisa- tion ici décrit la quantité de vent amenée au haut-fourneau se monte à la moitié de l'air comprimé à fournir au total en marche normale par le compresseur. Pour obtenir un point de travail favorable pour le compresseur 1 même dans le cas d'un débit réduit, ce compresseur possède de préférence un dispositif non figuré, destiné à déplacer ses aubes fixes et/ou ses aubes mobiles.
En cas d'entraîne- ment du compresseur 1 par le moteur 18 il faudrait toutefois amener au dispositif de combustion 16 de l'air comburant en quantité suffisante à l'aide d'un venti- lateur non figuré. En outre, les conduits 10 et 14 devraient être pourvues d'or- ganes d'arrêt appropriés.
Pour le règlage de l'installation ainsi décrite, les conduites 3 et 10 sont réunies l'une avec l'autre par une conduite 19 dans laquelle est dispo- sée la vanne 20. En marche normale la vanne 20 est continuellement un peu ouverte de manière qu'une petite quantité partielle d'air comprimé puisse passer dans la conduite d'admission de la turbine 11 en contournant les tubes 4 du dispositif d'échange de chaleur
La vanne 20 sert à régler l'installation pour la marche à charge par- tielle en ce que, du fait de l'ouverture de cette vanne, une plus grande quantité d'air comprimé est amenée dans la conduite d'admission de la turbine 11 en con- tournant le dispositif d'échange de chaleur.
La quantité de gaz de gueulard à brûler peut être influencée à l'aide d'un dispositif thermostatique disposé dans la conduite 6, de manière que reste maintenue une température constante du vent dans chaque cas de fonctionnement. A cette fin peut être prévue dans la conduite 15 une simple soufflante radiale à un étage, cette soufflante présentant alors une conduite de dérivation qui est pourvue d'une vanne de réglage. Cette derniè-
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re peut être en communication de réglage avec un thermostat placé dans la condui- te 6, de telle manière qu'elle soit actionnée automatiquement dans le sens d'un mouvement de fermeture dans le cas où la température baisse et inversement.
Au lieu de la soufflante radiale indiquée, il pourrait aussi être monté dans la con- duite 15 une vanne de réglage qui soit actionnée par le dispositif thermostatique dans le sens d'un mouvement d'ouverture dans le cas où la température du vent baisse et inversement.
Le compresseur 1 est de préférence ainsi constitué qu'il présente une caractéristique en pente raide, c'est-à-dire, que soit assuré un débit res- tant constant du compresseur 1 indépendamment de la contre-pression qui s'établit du fait du chargement du haut-fourneau. Ceci est obtenu en réalisant le compres- seur sous la forme axialeo
L'installation suivant la figure 2 se distingue de l'installation dé- crite en regard de la figure 1 en ce qu'il y est prévu deux échangeurs de chaleur séparés l'un de l'autre pour échauffer l'air comprimé affluant au haut-fourneau et pour échauffer l'air comprimé amené dans la turbine à gaz. L'air aspiré par le compresseur 1 par la conduite 2 s'écoule par la conduite 3 vers le point 23 et là, il est partagé en deux quantités partielles.
Une première quantité par- tielle s'écoule par la conduite 24 dans les tubes 25 de l'échangeur de chaleur 26 et parvient comme vent chaud dans le haut-fourneau 9 par la conduite 27. Une seconde quantité partielle s'écoule par la conduite 28 dans les tubes 29 de l'é- changeur de chaleur 30 et au-delà par la conduite 31 dans la turbine 11 servant encore à actionner le compresseur 1. L'air détendu sensiblement à la pression atmosphérique dans la turbine 11 s'écoule d'abord par la conduite 14 et ensuite en partie par la conduite 32 dans le dispositif de combustion 33 de l'échangeur de chaleur 26 et par la conduite 34 dans le dispositif de combustion 35 de l'é- changeur de chaleur 30. Il est amené aux dispositifs de combustion 33 et 35, du gaz de gueulard provenant de la marche du haut-fourneau, qui passe par la condui- te 15 et les conduites 36 et 37.
Les gaz de foyer refroidis après être passés le long des tubes des échangeurs de chaleur 26 et 30 sont évacués par les con- duites 41 et s'écoulent par une cheminée commune 17. Dans les conduites 36 et 37 de gaz de gueulard sont disposées des vannes de réglage, respectivement 38 et 39. Au lieu de celles-ci pourraient être aussi prévues de simples soufflantes radiales à un étage avec dérivation réglable ce qui permet également un dosage des quantités de gaz de geulard amenées dans les dispositifs de combustion cor- respondants. La vanne de réglage 38 est en communication de réglage avec un ther- mostat 40 se trouvant dans la conduite de vent chaud 27. La vanne 38 est ainsi actionnée qu'il en résulte une température constante du vent, de 800 C par ex- emple.
La vanne de réglage 39 de la conduite de gaz de gueulard 37 peut être actionnée à la main ou automatiquement en fonction de la quantité de vent néces- saire au haut-fourneau, c'est-à-dire, en fonction de la puissance d'entraînement à fournir par la turbine 11 pour le compresseur 1. Si par exemple le haut-four- neau 9 demande une moindre quantité de vent, l'arrivée de gaz de gueulard dans le dispositif de combustion 35 est réduite, ce qui provoque un abaissement de la température d'entrée de l'air dans la turbine et par conséquent une diminution de la puissance d'entraînement produite par la turbine 11.
On obtient de cette manière, en cas de marche à charge partielle, un moindre effort de l'échangeur de chaleur 30 en ce que celui-ci ne doit pas, dans tous les cas de marche, échauf- fer à la température exigée par le haut-fourneau l'air qui s'écoule par son fais- ceau de. tubes. Ceci contribue à ménager l'échangeur de chaleur et par conséquent à augmenter-la sûreté du fonctionnement.
Il ressort clairement des exemples de réalisation ainsi décrits une construction notablement simplifiée par rapport aux installations connues. C'est ainsi que deux turbo-machines seulement sont nécessaires pour la production du vent. Cependant l'invention ne permet pas seulement une construction simple de l'installation, mais encore une constitution particulièrement favorable du com- presseur et de la turbine d'entraînement. Avec les grandeurs d'exploitation indi-
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quées des exemples de réalisation suivant les figures 1 et 2, la turbine ne pos- sède que trois étages et le compresseur 1 six étages seulement. Comme agent de fonctionnement de la turbine sert uniquement de l'air chaud, de sorte que tout encrassement et toute corrosion sont exclus de prime abord.
Les échangeurs de chaleur étant en général beaucoup moins sensibles à l'encrassement ou à la cor- rosion, la purification du gaz de gueulard qui doit être brûlé dans l'installa- tion peut se limiter à un simple dépoussiérage. L'installation présente aussi un très bon rendement tant en marche normale qu'en marche à charge partielle. Une plus grande proportion du gaz de gueulard provenant de l'opération du haut-four- neau peut en conséquence être employée à d'autres fins. Par rapport aux réchauf- feurs de vent (Cowpers) le plus fréquemment en usage actuellement, construits en pierres réfractaires, l'installation permet une marche continue pour ce qui concerne le chauffage du vent de haut-fourneau et par conséquent une conduite particulièrement soignée de l'opération de réduction dans le haut-fourneau.
De plus les pertes de vent considérables des Cowpers sont éliminées. Du fait de la construction simple de l'installation comportant seulement deux turbo-machines résulte pour les machines u n f a i b l e e n c o m b r e m e n t'et une sûreté de fonctionnement élevée qui entre fortement en ligne de compte dans la conduite des hauts-fourneaux. Les dispositifs d'échange de chaleur servant à échauffer le vent de haut-fourneau et l'air s'écoulant dans la turbine peuvent sans difficulté être montés à l'extérieur de la salle des machines.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits .
C'est ainsi qu'il serait concevable sans difficulté de répartir les dispositifs d'échange de chaleur en unités d'échange de chaleur montées en parallèle les unes par rapport aux autres, auquel cas ou bien chacune de ces unités possède son propre dispositif de combustion de gaz de gueulard, ou bien un dispositif de combustion commun est monté en amont de toutes ces unités.