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installation de soufflante pour hauts fourneaux et exploitations analogues.
L'objet de la présente invention consiste en un perfectionne ment de l'installation de soufflante pour hauts fourneaux et dispositifs analogues, notamment pour ceux dans lesquels le vent insufflé dans le four est comprimé à une pression sensible *- supérieure à la pression atmosphérique. Dans les installations modernes de soufflage et de réchauffage de vent, on réalise une réduction notable des dimensions des réchauffeurs d? vent par le fait que les gaz de chauffage ou combustibles de ces réchauffeurs - tout comme dans les chaudières Velox bien connues- sont comprimés jusqu'à des surpressions relativement élevées, les chutes supplémentaires étant alors utilisées pour la commande de l'installation à l'aide d'une turbine à combustion.
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Une augmentation au multiple du coefficient de transmission thermique, que l'on obtient grâce à une plus grande densité et u- ne vitesse -plus élevée de gaz de chauffage,permet de réduire notablement les dimensions des réchauffeurs de vent. De même, du côté du vent, les coefficients de transmission thermique sont augmentés par la chute de pression supplémentaire et par les vitesses de passage accrues du vent insufflé; dans ce cas, l'ab- sorption de puissance plus élevée de l'installation de soufflante ou du' vent est couverte par la puissance de la turbine à combus- tion
D'autre part, on sait que la marche des nauts fourneaux devient notablement plus favorable lorsque le vent insufflé est débarrassé de l'humidité..
D'autre part, cette disposition permet ds réduire notaient la consommation de coke dans des proportions allant jusqu'à 20% pour l'assèchement de l'air, on emploie parfois à ce jour des dispositifs déshumidificateurs particuliers (fonctionnant par exemple avec le gel de silice), mais dont les frais élevés dépassent même ceux des récupérat@urs, cependant coûteux.
Selon l'invention, on peut réalisar, dans toutes les instal- lations de soufflante travaillant avec une pression de vent suffisamment élevée, un assèchement simultané de l'air à l'aida des moyens très simples décrits ci-après Selon l'invention, il s'avère utile, du point de vue de l'assèchement de l'air, d'élever, éventuellement intentionnellement, la faible pression du vent moyennant une compression supplémentaire et d'utiliser cette chute supplémentaire, après réchauffage du vent, dans u-ie turbine à air chaud fonctionnant au vent réchauffé, cepen- dant, il n'est pas exclu qu'il soit rationnel d'utiliser simulta- nement la pression accrue tant an ce qui concerne les gaz de chauffage que le vent, c'est-à-dire dans le cas d'une turbine à combustion et d'une turbine à air chaud.
Dans ce cas, la turbine à combustion alimentée en gaz de chauffage permet d'éle-
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ver économiquement les coefficients de transmission thermique côté gaz de Chauffage, tandis que la turbine à air chaud alimentée en vent réchauffé élève de même les coefficients de transmission thermique côté vent. Or, selon l'invention, la compression accrue du vent, nécessaire pour la turbine à air chaud, permet en outre un assèchement rationnel du vent, sans qu'il soit nécessaire de construire des installations d'assè- chement particulièrement coûteuses.
Le principe de l'invention réside en ce que le vent, après avoir été comprimé, est d'a- bord refroidi au-dessous du point de rosée qui correspond à sa pression, ce qui permet de séparer l'humidité atmosphérique condensée, après quoi seulement on conduit le réchauffage d'une manière connue en soi. Le frigorigène est constitué ici soit par l'air, soit, plus avantageusement, par l'eau de refroidisse ment. La température de rosée de l'air humide est élevée par la compression de celui-ci. Donc, le refroidissement de l'air comprimé offre la possibilité de refroidir cet air par l'eau jusqu' à une température sensiblement inférieure au point de rosée et de l'assécher, de cette manière.
Ce mode d'assèche- ment est notamment avantageux lorsque la pression accrue re- quise du vent est déjà directement disponible, ou lorsque l'on a.la possibilité de réaliser cette pression accrue rationnel- lement en faisant entraîner le compresseur par une turbine à air chaud. On sait que le rendement thermodynamique d'une telle turbine augmente, avec le rapport de compression, ce qui s'avère avantageux du point de vue d'assèchement.
Pour cette raison, il est avantageux d'installer une turbine à air chaud en aval du compresseur, laquelle est alimentée par l'air asséché, c' est-à-dire d'abord comprimé et refroidi et ensuite seulement réchauffé, vu que l'on réalise ainsi une installation d'assèchement qui, non seulement n'absorbe aucune énergie mécanique pour son fonc-
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tionnement, mais au contraire produit une telle énergie, et dans laquelle le récnauffage à l'air nécessite des dispositifs échangeurs de chalaur aux dimensions sensiblement plus réduites.
Cet air comprimé peut être asséché directement par un dispositif de ruissellement, vu que l'humidité de l'air ainsi brusquement refroidi se dépose sur les gouttes d'eau de ruisselle- ment et peut ainsi être évacuée avec ces gouttes après la chute de celles-ci. Ce mode de refroidissement et d'assèchement est très avantageux, vu qu'il conduit à des réfrigérateurs à ruissellement très simples pour le vent comprimé. De toutes façons, il est nécessaire de prévoir en aval de ces réfrigérateurs, des séparateurs du brouillard resté dans l'air.
L'abaissement de la température du vent à la fin de sa compression supplémentaire peut être également réalisée par la réfrigération du vent entre les difrérents étages de compression, ce qui, comme on le sait, réduit en même temps la puissance absor- bée par le compresseur. Le refroidissement intermédiaire du vent pour hauts fourneaux n'a pas été appliqué à ce jour pour la raison que les installations précitées étaient prévues pour ue réchauffage rationnel du vent, de sorte que l'installation du dispositif visant le refroidissement du vent paraissait non indiquée. Ceci également pour la raison que l'on ne disposait pas de l'énergie dont la production est envisagée à l'aide de la turbine à combustion, conformément à l'invention.
Toutefois, lorsque, selon l'invention, on combine le réchauff ge rationnel du vent avec un séchage rationnel, le refroidisse- ment intermédiaire de l'air comprimé a utilement pour effet, non seu-lement de réduire la puissance absorbée par le compresseur, mais aussi la consommation d'eau ce refroidissement.
Les figs. 1 et des dessins annexés montrent des exemples d'exécution de l'installation selon l'invention. La fig. 1 montre le schéma de cette installation. La fig. 2 représente la même installation d'une manière plus détaillée.
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Dans la fig. 1, le chiffre 1 désigne le moteur de démarrage de 1 installation, qui peut servir comme machine de compensation pen- dant la marche de l'installation, c'est-à-dire qu'il fonctionne, suivant la puissance instantanée de la turbine 9, soit comme moteur, soit comme génératrice. Le compresseur comprime le vent à une pression supérieure à la pression de soufflage, cet air étant refroid par le réfrigérateur 3, soit uniquement à la fin de la compression, soit déjà en partie entre les étages de compression. Ce réfrigérâtes peut être réalisé avantageusement couina réfrigérateur direct à ruissellement, auquel l'eau de refroidissement sous pression arrive par la conduite 7.
Cette eau est évacuée ensuite par la conduite 7' ensemble avec l'eau condensée depuis l'air. En aval du réfrigérateur est prévu un séparateur de brouillard 4, où le brouillard est séparé de l'air, éventuellement au moyen d'un courant d'air tourbillonnant, et avec des vitesses de passage réduites, pour arriver dans le collecteur 5. L'air ainsi comprimé, refroidi et asséché est ensuite introduit en premier lieu dans le dispositif connu pour le réchauffage du vent, établi soit co me récupérateur (deux cowpers 6 et 6') ou bien plus avantageusement comme rschauffeur de vent métallique.
Dans les réchauffeurs ô , 6', l'air se réchauffe sous l'action des gaz de chauffage 8, 8' introduits sous une faible pression ou sous une pression élevée (turbine à combustion), cet air étant porté à une température admissible dans la turbine à air chaud 9. Dans cette dernière, l'air réchauffé se uétend jusqu'à la pression requise et est introduit ainsi dans la ceinture porte- vent 11 du fourneau 10.
Dans la fig. , les détails qui ont été représentés dans la fig. 1 sont désignés par les références correspondantes. Donc, 1 désigne le moteur de démarrage qui fonctionne pendant la marche de l'installation co me machine de compensation. L'accouplement 12 relie l'arbre de ce moteur à l'arbre du turbocompresseur , dont l'arbre est relié par l'accouplement 13 à l'arbre de la turbine 9.
Le turbocompresseur 2 aspire par le filtre 14 et la conduite 15 l'air
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atmosphérique à la température to à la pression po et d'un degré d'humidité naturel. ici l'air est comprimé à la pression pi, sensiblement plus élevée que la pression de soufflage nécessaire à la marche du fourneau. Lors de cotte compression, l'air s'échaurre à la température t1 Conformément à l'invention, l'air pénètre dans cet état par la conduite 16 dans le réfrigérateur à ruissellement 3 combiné avec le séparateur de brouillard 4. Ce réfrigérateur ast constitué par un vase cylindrique 30, les coquilles 31 et 53, un système de tubes distributeurs oblongues et transversaux 34, las tubes verticaux 35 et plusieurs aju-tages 36.
L'eau de refroidissement sous pression arrive par la conduite 7 e la soupape de réglage 33 Cette eau est projetée par les ajutages 36 dans une direction opposée à celle du courant d'air, de sorte que, conformément à l'invention, ce dernier se refroidit brusquement et le brouillard formé par l'humidité de l'air par suite de ces refroidissements brusques se condense sur les gouttes d'eau.
L'eau de refroidissement, ensemble avec l'eau. ainsi condensée (et l'eau recueillie dans le séparateur de brouillard 4) s'accumule dans la partie inférieure 37 de l'enve- loppe du réfrigérateur 3 et est évacuée par la soupape 5 (établie avantageusement sous la forme d'une soupape automatique à flotteur) vers la conduite 7 Le brouillard résiduel qui est encore entraîné par l'air est recueilli dans le séparateur de brouillard 4 constitué par plusieurs chicanes convenablement profilées qui obligent l'air à changer brusquement de direction à plusieurs reprises, et où les gouttelettes de brouillard entraînées par l'air se déposent sur les chicanes, le long desquelles elles s'écoulent jusqu'à,
la partie inférieure 37 du vase 30. L'air ainsi refroidi à la température ta et asséché se dirige par la conduite 17 vers le réchauffeur métallique à contre-courants 3, dans lequel il est réchauffé par les gaz de chauffage entrant par la conduite 8 et sortant par la conduite 8'. Ce réchauffeur est calculé de telle manière que l'air
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y est réchauffé à la température te admissible dans la turbine @ 9.
Si l'on négligé les pertes de pression dans le réfrigéra- teur 3. dans le réchauffeur 6 et dans les canalisations, l'air à la pression pi et à la température t3 arrive par la conduite 19 dans la turbine à air, dans laquelle il se détend jusqu'à la pression p2 qui, sous réserve de pertes dans les canalisatio@@@ et dans les réchauffeurs 22 22' est égale à la pression de soufflage requise pour le fourneau 10.
La valeur de l'énergie thermique fournie par le réchauffeur 6 à l'air asséché sera généralement telle que la puissance fournie par la turbine à air 9 sera plus grande que la puissance absorbée par le compres- seur 2, de sorte que le moteur électrique fonctionnera comme génératrice, Par suite de la détente dans la turbine 3, l'air : rerroidit à la température t4 Il se dirige ensuite par la conduite 20 et le distributeur 21 vers un des réchauffeurs de vent 22, 22' que l'on considère dans le présent exemple cornue étant des cowpers déjà existants.
Dans ces cowpers, le vent est réchauffé par des gaz de chauffage entrant par la conduite 23 et sortant par la conduite 24 .ainsi, l'air est porté à une température élevée t5 à laquelle il pénètre sous la pression p2 par la ceinture porte-vent 11, dans le fourneau 10. L'exemple décrit ici démontre donc que l'invention permet d'établir d'une manière très simple une installation de souf- flante qui fournit au four un air à la fois réchauffé et assé- ché, cette installation permettant de tirer partie directement et sans éléments supplémentaires,
des réchauffeurs de vent métalliques qui travaillent à des pressions et des vitesses plus élevées. Les az de chauffage qui partent par la conduite 8' sont amenés à la turbine à combustion de la manière connue en soi.
Les divers éléments de l'installation décrite ici peuvent cependant, selon l'opportunité, être remplacés par d'autres dispositifs ayant essentiellement le même effet, sans que le
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principe de l'invention s'en trouve modifié, ainsi, le moteur électrique 1 par exemple peut être remplacé par une autre machine motrice. Le compresseur ± peut être réalisé comme compresseur alternatif ou à pistons rotatifs (roots) ou suivant un autre système quelconque.
Le turbine 9 peut être remplacée par ex. par un moteur à air à pistons alternatifs ou à pistons rotatifs, Ce moteur ne doit pas être nécessairement accouplé mécanique aient au compresseur par l'accouplement 13 pais peut commander par ex. une génératrice électrique par l'intermédiaire de laquelle il restitue sa puissance indirectement au moteur 1.
Le réfrigérateur 3 peut aussi être réalisé comme réfrigérateur à surface, par ex., tandis que le séparateur de brouillard 4 peut être remplace par un séparateur de brouillard à cyclone ou par un autre système. Les appareils à réchauffer le vont a et 22 peuvent être à récupération ou de construction métallique. ou de tout autre système et peuvent être chauffés autrement que par les gaz de chauffage. Finalement, le dispositif récepteur de l'air insufflé peut être non pas un haut fourneau, .jais un four d'un autre type ou tout autre dispositif (par ex. dans l'industrie chimique) qui nécessite de l'air insufflé et où il est avantageux que cet air soit asséché et éventuellement rêchau" fé REVENDICATIONS.
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blower installation for blast furnaces and similar operations.
The object of the present invention consists of an improvement of the blower installation for blast furnaces and similar devices, in particular for those in which the wind blown into the furnace is compressed to a significant pressure * - greater than atmospheric pressure. In modern wind blowing and reheating installations, a noticeable reduction in the dimensions of the air heaters is achieved. wind by the fact that the heating or fuel gases from these heaters - just as in the well-known Velox boilers - are compressed to relatively high overpressures, the additional drops being then used for the control of the installation at the using a combustion turbine.
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A multiple increase in the thermal transmittance coefficient, which is obtained by virtue of a greater density and higher speed of the heating gas, makes it possible to significantly reduce the dimensions of the wind heaters. Likewise, on the wind side, the thermal transmission coefficients are increased by the additional pressure drop and by the increased passage speeds of the blown wind; in this case, the higher power absorption of the blower installation or of the wind is covered by the power of the combustion turbine.
On the other hand, we know that the operation of nauts furnaces becomes notably more favorable when the blown wind is freed from humidity.
On the other hand, this arrangement makes it possible to reduce the consumption of coke in proportions of up to 20% for the drying of the air; to this day, special dehumidifying devices are sometimes used (operating for example with gel silica), but whose high costs exceed even those of the recoverers, however expensive.
According to the invention, it is possible, in all the fan installations working with a sufficiently high wind pressure, to dry the air simultaneously with the aid of the very simple means described below According to the invention, it is useful, from the point of view of air drying, to raise, possibly intentionally, the low wind pressure with additional compression and to use this additional drop, after heating the wind, in a - the hot air turbine operating with the heated wind, however, it is not excluded that it is rational to use the increased pressure simultaneously both with regard to the heating gases and to the wind, that is, that is to say in the case of a combustion turbine and a hot air turbine.
In this case, the combustion turbine supplied with heating gas makes it possible to
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economically ver the thermal transmission coefficients on the heating gas side, while the hot air turbine supplied with heated wind likewise raises the thermal transmission coefficients on the wind side. However, according to the invention, the increased compression of the wind, necessary for the hot-air turbine, also allows rational drying of the wind, without it being necessary to construct particularly expensive drying installations.
The principle of the invention lies in that the wind, after being compressed, is first cooled below the dew point which corresponds to its pressure, which makes it possible to separate the condensed atmospheric humidity, after only one conducts the heating in a manner known per se. The refrigerant here consists either of the air or, more advantageously, of the cooling water. The dew point temperature of humid air is raised by its compression. Therefore, the cooling of the compressed air offers the possibility of cooling this air by water to a temperature substantially below the dew point and of drying it, in this way.
This method of drying is particularly advantageous when the required increased pressure of the wind is already directly available, or when it is possible to achieve this increased pressure rationally by causing the compressor to be driven by a turbine. hot air. It is known that the thermodynamic efficiency of such a turbine increases with the compression ratio, which proves to be advantageous from the point of view of drying.
For this reason, it is advantageous to install a hot air turbine downstream of the compressor, which is fed by the dried air, i.e. first compressed and cooled and only then reheated, since the 'a dewatering installation is thus produced which not only does not absorb any mechanical energy for its func-
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operation, but on the contrary produces such energy, and in which re-heating in the air requires chalaur exchange devices of significantly smaller dimensions.
This compressed air can be dried directly by a trickling device, since the moisture of the air thus suddenly cooled is deposited on the drops of surface water and can thus be discharged with these drops after the fall of those. -this. This method of cooling and drying is very advantageous, since it leads to very simple trickle-type refrigerators for compressed wind. In any case, it is necessary to provide downstream of these refrigerators, separators for the mist remained in the air.
Lowering the temperature of the wind at the end of its additional compression can also be achieved by cooling the wind between the various compression stages, which, as is known, at the same time reduces the power absorbed by the wind. compressor. Intermediate wind cooling for blast furnaces has not been applied to date for the reason that the aforementioned installations were intended for a rational reheating of the wind, so that the installation of the device aimed at cooling the wind seemed not indicated. This also for the reason that we did not have the energy whose production is envisaged using the combustion turbine, in accordance with the invention.
However, when, according to the invention, the rational heating of the wind is combined with rational drying, the intermediate cooling of the compressed air has the useful effect, not only of reducing the power absorbed by the compressor, but also the water consumption this cooling.
Figs. 1 and the accompanying drawings show examples of execution of the installation according to the invention. Fig. 1 shows the diagram of this installation. Fig. 2 shows the same installation in more detail.
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In fig. 1, the number 1 designates the starting motor of 1 installation, which can be used as a compensation machine during the operation of the installation, that is to say that it operates, depending on the instantaneous power of the turbine 9, either as a motor or as a generator. The compressor compresses the wind to a pressure greater than the blowing pressure, this air being cooled by the refrigerator 3, either only at the end of the compression, or already partly between the compression stages. This refrigeration can be advantageously produced as a direct flow-through refrigerator, to which the pressurized cooling water arrives via line 7.
This water is then discharged through line 7 'together with the water condensed from the air. Downstream of the refrigerator is provided a mist separator 4, where the mist is separated from the air, possibly by means of a swirling air current, and with reduced passage speeds, to arrive in the collector 5. L 'air thus compressed, cooled and dried is then introduced in the first place into the known device for heating the wind, established either as a recuperator (two cowpers 6 and 6') or even more advantageously as a metallic wind rsheater.
In the heaters ô, 6 ', the air is heated under the action of the heating gases 8, 8' introduced under low pressure or under high pressure (combustion turbine), this air being brought to an admissible temperature in the hot air turbine 9. In the latter, the heated air expands to the required pressure and is thus introduced into the fan belt 11 of the furnace 10.
In fig. , the details which have been shown in FIG. 1 are designated by the corresponding references. Therefore, 1 designates the starter motor which operates during the operation of the installation as a compensation machine. The coupling 12 connects the shaft of this engine to the shaft of the turbocharger, the shaft of which is connected by the coupling 13 to the shaft of the turbine 9.
Turbocharger 2 sucks air through filter 14 and line 15
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atmospheric at temperature to at pressure po and a natural degree of humidity. here the air is compressed to the pressure pi, significantly higher than the blowing pressure necessary for the operation of the furnace. During compression, the air is scalded at the temperature t1 In accordance with the invention, the air enters this state through line 16 into the trickle-down refrigerator 3 combined with the mist separator 4. This refrigerator is made up of by a cylindrical vessel 30, the shells 31 and 53, a system of oblong and transverse distributing tubes 34, the vertical tubes 35 and several adju-tages 36.
The pressurized cooling water arrives through line 7 and the regulating valve 33 This water is projected by the nozzles 36 in a direction opposite to that of the air stream, so that, according to the invention, the latter cools suddenly and the mist formed by the humidity of the air as a result of these abrupt cools condenses on the drops of water.
Cooling water, together with water. thus condensed (and the water collected in the mist separator 4) collects in the lower part 37 of the casing of the refrigerator 3 and is discharged by the valve 5 (preferably established in the form of an automatic valve float) to pipe 7 The residual mist which is still entrained by the air is collected in the mist separator 4 consisting of several suitably profiled baffles which force the air to suddenly change direction several times, and where the droplets of fog entrained by the air settle on the baffles, along which they flow until,
the lower part 37 of the vessel 30. The air thus cooled to temperature ta and dried is directed through line 17 to the counter-current metallic heater 3, in which it is heated by the heating gases entering through line 8 and leaving through line 8 '. This heater is calculated in such a way that the air
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y is heated to the admissible temperature te in the turbine @ 9.
If we neglect the pressure losses in the refrigerator 3. in the heater 6 and in the pipes, the air at the pressure pi and at the temperature t3 arrives through the pipe 19 in the air turbine, in which it expands to the pressure p2 which, subject to losses in the pipes and in the heaters 22 22 'is equal to the blowing pressure required for the furnace 10.
The value of the thermal energy supplied by the heater 6 to the dry air will generally be such that the power supplied by the air turbine 9 will be greater than the power absorbed by the compressor 2, so that the electric motor will function as a generator, Following the expansion in turbine 3, the air: cools down to temperature t4 It then goes through line 20 and distributor 21 to one of the wind heaters 22, 22 'which is considered in the present example retorts being already existing cowpers.
In these cowpers, the wind is heated by heating gases entering through line 23 and leaving through line 24. Thus, the air is brought to a high temperature t5 at which it penetrates under pressure p2 through the carrier belt. vent 11, in furnace 10. The example described here therefore demonstrates that the invention makes it possible to establish in a very simple manner a blower installation which supplies the oven with air which is both heated and dried, this installation allowing to take advantage directly and without additional elements,
metal wind heaters that work at higher pressures and speeds. The heating az which leaves through line 8 'are fed to the combustion turbine in the manner known per se.
The various elements of the installation described here can, however, as appropriate, be replaced by other devices having essentially the same effect, without the
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principle of the invention is thereby modified, thus, the electric motor 1 for example can be replaced by another prime mover. The compressor ± can be realized as a reciprocating or rotary piston compressor (roots) or according to any other system.
The turbine 9 can be replaced eg. by an air motor with reciprocating pistons or rotary pistons, This motor does not necessarily have to be mechanically coupled to the compressor by the coupling 13 thick can order eg. an electric generator through which it returns its power indirectly to motor 1.
The refrigerator 3 can also be realized as a surface refrigerator, eg, while the mist separator 4 can be replaced by a cyclone mist separator or other system. The heaters range a and 22 may be recovery or of metal construction. or any other system and can be heated other than by gas heating. Finally, the device receiving the blown air may be not a blast furnace, but a furnace of another type or any other device (e.g. in the chemical industry) which requires blown air and where it is advantageous for this air to be dry and possibly hardened "fé CLAIMS.
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