LU82601A1 - METHOD AND INSTALLATION FOR THE UNIFORM PNEUMATIC TRANSPORT OF POWDER MATERIALS AND APPLICATION TO THE INJECTION OF SOLID FUELS IN A TANK OVEN - Google Patents
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Abstract
Description
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Procédé et installation de transport pneumatique uniforme de matières pulvérulentes et application â l'injection de combustibles solides dans un four à cuve 5 La présente invention concerne un procédé de trans port pneumatique uniforme de matières pulvérulentes qui sont introduites dans un fluide de propulsion au moyen d'un sas à rotor alvéolaire en dirigeant le fluide de propulsion à travers le rotor parallèlement à l'axe de rotation de 10 celui-ci. L’invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé et, à titre d'application, un procédé et une installation d'injection de combustibles solides dans un four à cuve.The present invention relates to a method for the uniform pneumatic transport of pulverulent materials which are introduced into a propulsion fluid by means of a process for the uniform pneumatic transport of pulverulent materials and application to the injection of solid fuels into a shaft furnace. an airlock with an alveolar rotor by directing the propulsion fluid through the rotor parallel to the axis of rotation thereof. The invention also relates to an installation for implementing this method and, as an application, a method and an installation for injecting solid fuels into a shaft furnace.
La demande de brevet européen 80103206 décrit un 15 procédé et une installation de dosage et de transport par voie pneumatique de matières solides vers une enceinte sous pression, notamment pour l'injection de combustibles solides dans un haut fourneau. D'après cette demande de brevet, chaque tuyère, ou chaque couple de tuyères, est ali-20 mentée séparément à partir d'un réservoir recevant les quantités nécessaires de poudre de charbon ou de poudre de lignite. Le transport de cette poudre entre ce réservoir et le haut fourneau est effectué par voie pneumatique et il s'est avéré que le moyen le plus sûr et le plus fiable pour 25 prélever des quantités déterminées de matières dans ce réservoir est un sas à rotor alvéolaire, bien connu en soi.· Un . tel sas est constitué essentiellement d'un rotor cylindrique pourvu sur sa périphérie d'un certain nombre de palettes définissant un nombre correspondant d’alvéoles. Ce rotor 30 tourne de manière étanche à l'intérieur d'un boîtier et la matière alimentée par le dessus est entraînée par les alvéoles vers le bas dans un courant d'air sous pression servant de fluide de propulsion. Cet air de propulsion entraîne la matière au fur et à mesure qu'elle est débitée par les al-35 véoles.European patent application 80103206 describes a process and an installation for metering and pneumatically transporting solid materials to a pressure vessel, in particular for injecting solid fuels into a blast furnace. According to this patent application, each nozzle, or each pair of nozzles, is supplied separately from a tank receiving the necessary quantities of coal powder or lignite powder. The transport of this powder between this tank and the blast furnace is carried out by pneumatic means and it has been found that the safest and most reliable means for withdrawing determined quantities of materials from this tank is an airlock airlock , well known in itself. · A. such an airlock consists essentially of a cylindrical rotor provided on its periphery with a number of vanes defining a corresponding number of cells. This rotor 30 rotates in a sealed manner inside a housing and the material supplied from above is drawn by the cells downward in a stream of pressurized air serving as propulsion fluid. This propelling air entrains the material as it is delivered by the al-35 véoles.
Toutefois, dans l'application précitée, il a été constaté que les alvéoles sont vidées instantanément dès y qu'elles pénètrent dans l'air sous pression de la conduite /ff pneumatique. Autrement dit, dès qu'une alvéole est vidée - 2 - ' .. · ÜWm·'·— j#^ .However, in the aforementioned application, it has been found that the cells are emptied instantly as soon as they enter the air under pressure from the pneumatic line / line. In other words, as soon as an alveolus is emptied - 2 - '.. · ÜWm ·' · - j # ^.
de son contenu, il existe un temps mort durant lequel la matière pulvérulente n’est pas admise dans la conduite pneumatique et qui dure jusqu'à ce que la prochaine alvéole se présente. Il en résulte que le combustible pulvérulent est 5 injecté dans le haut fourneau par petits paquets se présentant de façon périodique suivant la vitesse de rotation du rotor. Dans l'application concernée, cette vitesse est telle que les alvéoles sectionnent le passage pneumatique à la cadence de une alvéole par seconde elle rythme d'appa-10 rition de ces paquets de combustible est également de un par seconde.of its content, there is a dead time during which the pulverulent material is not admitted into the pneumatic line and which lasts until the next alveolus occurs. As a result, the pulverulent fuel is injected into the blast furnace in small bundles occurring periodically according to the speed of rotation of the rotor. In the application concerned, this speed is such that the cells cut the pneumatic passage at the rate of one cell per second; the rate of appearance of these fuel packets is also one per second.
La cause de ce phénomène est le fait qu'il faut utiliser une vitesse et une pression élevées dans la conduite pneumatique. La vitesse ne peut pas être inférieure 15 à 18 m/sec pour éviter les dépôts et empêcher les retours de flammes depuis le haut fourneau, tandis que la pression doit être supérieure à la contre-pression régnant à l'intérieur du four. Dans d'autres applications que celle visée par la présente invention, ce phénomène n'a pas de 20 conséquence. En effet, ou bien, le phénomène n'existe pas par suite d'une pression et d'une vitesse inférieures, ou bien il existe également et alors on peut, soit l'éliminer en réduisant, par exemple la pression, soit le laisser subsister lorsqu'il s'agit simplement de transporter des 25 produits pulvérulents, car, dans ce cas, il importe peu que la matière soit propulsée de façon continue ou par petits paquets.The cause of this phenomenon is the fact that high speed and pressure must be used in the pneumatic line. The speed cannot be lower than 15 to 18 m / sec to avoid deposits and prevent backfire from the blast furnace, while the pressure must be higher than the back pressure prevailing inside the oven. In other applications than that targeted by the present invention, this phenomenon has no consequence. Indeed, either the phenomenon does not exist due to a lower pressure and speed, or else it also exists and then we can either eliminate it by reducing, for example the pressure, or leave it remain when it is simply a question of transporting pulverulent products, because in this case it matters little whether the material is propelled continuously or in small packages.
Par contre, dans l'application visée, c'est-à-dire l'injection de poudre de charbon ou de poudre de lignite 30 dans un haut fourneau, il faut rappeler que cette poudre doit être brûlée dans le four et que, à cet effet, on injecte, de manière continue à travers les porte-vent, une certaine quantité d'oxygène pour l'entretien du processus de combustion. Cette quantité d'oxygène, ou d'air enrichi, 35 est, bien entendu, calculé en fonction de la quantité de combustible, c'est-à-dire qu'on injecte la quantité nécessaire et suffisante pour brûler la quantité de combustible qu'on a l'intention d'injecter dans le four.On the other hand, in the intended application, that is to say the injection of coal powder or lignite powder 30 into a blast furnace, it should be remembered that this powder must be burned in the oven and that, at For this purpose, a certain amount of oxygen is injected continuously through the wind carriers to maintain the combustion process. This quantity of oxygen, or enriched air, is, of course, calculated as a function of the quantity of fuel, that is to say that the quantity necessary and sufficient to burn the quantity of fuel that is injected is injected. 'we intend to inject into the oven.
/// Or, si la lignite ou le charbon sont injectés par - 3 - petits paquets, l'oxygène qui est injecté durant les temps morts s'écoulant entre l'apparition de deux paquets n'est pas utilisé et pénètre dans la masse à l'intérieur du four. De même, lors de l'injection d'un paquet de combustible, 5 la masse de celui-ci est trop abondante pour la quantité d'oxygène injectée et le combustible n'est pas complètement brûlé. En résumé, on peut dire qu'au total, on injecte toujours la même quantité de combustible pour laquelle la quantité d'oxygène a été calculée mais que, par le fait de l'in-10 jection pulsatoire du combustible, il y a alternativement un excès et un manque de combustible en présence d'une quantité constante d'oxygène./// However, if lignite or coal are injected by - 3 - small packets, the oxygen which is injected during the dead times between the appearance of two packets is not used and enters the mass inside the oven. Likewise, during the injection of a fuel pack, the mass thereof is too abundant for the quantity of oxygen injected and the fuel is not completely burnt. In summary, we can say that in total, we always inject the same amount of fuel for which the amount of oxygen has been calculated but that, by the fact of the pulsating injection of fuel, there is alternately excess and lack of fuel in the presence of a constant amount of oxygen.
Le but de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé permettant la suppression de ce trans-15 port pulsatoire dans la voie pneumatique, ainsi qu'une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.The object of the present invention is to provide a new process allowing the elimination of this pulsating trans-port in the pneumatic way, as well as an installation for the implementation of this process.
A cet effet, le procédé selon l'invention est essentiellement caractérisé en ce que l'on perturbe le courant pneumatique en aval du sas à rotor alvéolaire en ré-20 duisant, sur un trajet prédéterminé, la vitesse de circulation et en provoquant sur ce trajet la formation d'un lit fluidisé à partir de la matière pulvérulente du courant pneumatique.To this end, the method according to the invention is essentially characterized in that the pneumatic current is disturbed downstream of the airlock with airfoil rotor by re-reducing, over a predetermined path, the speed of circulation and causing this path the formation of a fluidized bed from the pulverulent material of the pneumatic stream.
L'invention prévoit également une installation de 25 transport pneumatique uniforme de matière pulvérulente comprenant un sas à rotor alvéolaire pour distribuer des quantités dosées de matière pulvérulente, une conduite de fluide de propulsion traversant le rotor parallèlement à l'axe de rotation de celui-ci pour entraîner la matière pul-3Û vérulente au fur et à mesure qu’elle est débitée par les alvéoles du rotor et une conduite de transport pneumatique reliant le sas a rotor alvéolaire à un poste de réception de la matière pulvérulente, caractérisée par une enceinte tampon allongée, insérée verticalement dans la conduite de 35 transport pneumatique en aval du sas à rotor alvéolaire et dont la section est supérieure à la section de ladite conduite .The invention also provides an installation for uniform pneumatic transport of pulverulent material comprising a honeycomb rotor airlock for dispensing metered quantities of pulverulent material, a line of propellant fluid passing through the rotor parallel to the axis of rotation thereof. for entraining the pul-3Û material as it is flowed through the alveoli of the rotor and a pneumatic conveying line connecting the airlock with alveolar rotor to a station for receiving the pulverulent material, characterized by a buffer enclosure elongated, inserted vertically in the pneumatic conveying line downstream of the airlock airlock and whose section is greater than the section of said pipe.
λ Le volume de ladite enceinte est supérieur au vo- /// lume représenté par le volume d'une alvéole du rotor et de if 1- 4 - la quantité de fluide qui traverse cette alvéole lors de la rotation du rotor.λ The volume of said enclosure is greater than the volume represented by the volume of a cell of the rotor and of if 1- 4 - the quantity of fluid which passes through this cell during the rotation of the rotor.
Ladite enceinte comporte, de préférence, un corps cylindrique relié par des sections tronconiques à ladite 5 conduite.Said enclosure preferably comprises a cylindrical body connected by frustoconical sections to said pipe.
La conicité de la section tronconique du côté du sas est au moins égale à 20°.The taper of the frustoconical section on the side of the airlock is at least equal to 20 °.
L'enceinte sera, de préférence, traversée de bas en haut, mais pourra également l'être de haut en bas.The enclosure will preferably be crossed from bottom to top, but may also be crossed from top to bottom.
10 La section de l'enceinte est telle que la vitesse du fluide soit suffisante pour le maintien d'un lit fluidisé.The section of the enclosure is such that the speed of the fluid is sufficient to maintain a fluidized bed.
Quoique le procédé et l'installation puissent être appliqués partout où le besoin se manifeste pour supprimer 15 cet effet pulsatoire dans une conduite de transport pneumatique, l'invention vise à titre d'application avantageuse, l'injection de combustibles solides dans van four à cuve.Although the method and the installation can be applied wherever the need arises to suppress this pulsating effect in a pneumatic conveying line, the invention aims, as an advantageous application, to inject solid fuels into a van tank.
D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée d'un mode de réalisation 20 avantageux présenté ci-dessous, à titre d'illustration, en référence à la figure unique montrant schématiquement, et partiellement en coupe,unsas à rotor alvéolaire traversé par une conduite pneumatique pourvue d'une enceinte tampon selon 1'invention.Other particularities and characteristics will emerge from the detailed description of an advantageous embodiment presented below, by way of illustration, with reference to the single figure showing schematically, and partially in section, unsas with a cellular rotor traversed by a pneumatic line provided with a buffer enclosure according to the invention.
25 Le sas à rotor alvéolaire montré sur cette figure , est désigné globalement par la référence 2. Ce sas comporte essentiellement un rotor 4 tournant autour d'un axe perpendiculaire à la figure et pourvu à sa périphérie d'une série j de palettes 6 définissant entre elles des alvéoles 8. De 30 la matière pulvérulente, par exemple de la poudre de lignite ou de la poudre de charbon, s'accumule par gravité dans une trémie supérieure 10 et remplit chacune des alvéoles 8 au fur et à mesure de la rotation du rotor 4. Cette rotation se fait, dans le cas de l’exemple montré sur la figure, dans 35 le sens des aiguiles d'une montre. Une conduite pneumatique 12 traverse la partie inférieure du sas 2, parallèlement à l'axe de rotation du rotor 4 et entraîne la matière pulvérulente au fur et à mesure du passage des palettes 6. Or, // à cause de la vitesse et de la pression élevées du fluide de - 5 - propulsion circulant dans la conduite 12, les alvéoles 4 sont vidées instantanément de leur contenu des qu'elles se présentent dans le courant de la conduite 12. Dans le cas de la figure, la palette représentée par 6a vient de péné-5 trer dans le courant pneumatique et l'alvéole qu'elle précède est en train d'être vidée, tandis que l'alvéole 4a précédant la palette 6a est déjà complètement vidée. Dès que l'alvéole se trouvant derrière cette palette 6a est vidée, il se passera un temps mort durant lequel aucune matière pulvé-10 rulente n'est entraînée dans le courant pneumatique et qui durera jusqu'à ce que l'avéole suivante se présente dans le passage du courant.The airlock airlock lock shown in this figure is generally designated by the reference 2. This airlock essentially comprises a rotor 4 rotating around an axis perpendicular to the figure and provided at its periphery with a series j of pallets 6 defining cells 8 between them. Pulverulent material, for example lignite powder or coal powder, accumulates by gravity in an upper hopper 10 and fills each of cells 8 as the rotation takes place. of the rotor 4. This rotation takes place, in the case of the example shown in the figure, in the direction of the hands of a watch. A pneumatic line 12 passes through the lower part of the airlock 2, parallel to the axis of rotation of the rotor 4 and drives the pulverulent material as the pallets pass through 6. However, // because of the speed and the high pressure of the propulsion fluid circulating in the pipe 12, the cells 4 are instantly emptied of their contents as soon as they occur in the stream of the pipe 12. In the case of the figure, the pallet represented by 6a has just entered the pneumatic current and the cell it precedes is being emptied, while the cell 4a preceding the pallet 6a is already completely emptied. As soon as the cell behind this pallet 6a is emptied, there will be a dead time during which no pulverulent pulverulent material is entrained in the pneumatic current and which will last until the next cell appears in the flow of the current.
Dans le but d'uniformiser le transport pneumatique de la matière pulvérulente et pour supprimer cet effet pul-15 satoire, il est prévu dans la conduite 12, en aval du sas 2, une enceinte tampon 14. Cette enceinte est constituée d'un cylindre 16 inséré dans la conduite par l'intermédiaire de deux sections tronconiques 18 et 20. L'angle d'ouverture où de la section tronconique inférieure doit être supérieur à 20 une valeur déterminée pour éviter que le courant pneumatique traverse directement l'enceinte 14 sans y subir de modification. Cet angle qC doit être supérieur à 20° et, de préférence, approximativement égal à 45° afin de provoquer un détachement de tourbillons à l'entrée de l'enceinte 14. A 25 cause de la divergence et de l'expansion dans l'enceinte 14, il s'y produit une diminution de la vitesse. Toutefois, la section de cette enceinte 14 ne doit pas dépasser une valeur limite correspondant à la vitesse nécessaire pour le maintien d'une sorte de lit fluidisé à l'intérieur de l'en-30 ceinte 14. A partir de ce lit fluidisé, la matière pulvérulente est entraînée de façon uniforme par l'air sous pression quittant l'enceinte 14.In order to standardize the pneumatic transport of the pulverulent material and to eliminate this sat-pul-15 effect, there is provided in line 12, downstream of the airlock 2, a buffer enclosure 14. This enclosure consists of a cylinder 16 inserted in the pipe via two frustoconical sections 18 and 20. The opening angle where the lower frustoconical section must be greater than 20 a determined value to prevent the pneumatic current directly passing through the enclosure 14 without undergo modification. This angle qC must be greater than 20 ° and, preferably, approximately equal to 45 ° in order to cause detachment of vortices at the entrance to the enclosure 14. Because of the divergence and expansion in the enclosure 14, there is a decrease in speed. However, the section of this enclosure 14 must not exceed a limit value corresponding to the speed necessary for maintaining a kind of fluidized bed inside the enclosure 14. From this fluidized bed, the pulverulent material is uniformly entrained by the pressurized air leaving the enclosure 14.
Il est à noter qu'au lieu de faire traverser l'enceinte 14 de bas en haut, il est également possible de la 35 faire traverser en sens inverse, de haut en bas. Toutefois, il est essentiel que le passage se fasse dans le sens vertical, c'est-à-dire que l'enceinte soit insérée dans une / section verticale de la conduite pneumatique.It should be noted that instead of making the enclosure 14 pass from bottom to top, it is also possible to make it pass in the opposite direction, from top to bottom. However, it is essential that the passage takes place in the vertical direction, that is to say that the enclosure is inserted in a vertical section of the pneumatic line.
/l> Finalement, il est à souligner qu'une installation / // - 6 - expérimentale a permis de faire la preuve de l'efficacité d'une enceinte tampon comme celle proposée ci-dessus. Dans cette installation expérimentale, le diamètre de la conduite est de 40 mm, alors que le diamètre de l'enceinte 5 tampon 14 est de 100 mm, la hauteur de l'enceinte étant 4000 mm./ l> Finally, it should be noted that an experimental installation // // - has demonstrated the effectiveness of a buffer enclosure like the one proposed above. In this experimental installation, the diameter of the pipe is 40 mm, while the diameter of the buffer enclosure 14 is 100 mm, the height of the enclosure being 4000 mm.
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