"Système pour l'utilisation de gaz de haut fourneau" 1
La présente invention concerne un système comportant un collecteur de fines poussières du type par voie sèche et conçu pour utiliser du gaz de haut fourneau, et est relative plus spécialement à un système utilisant du gaz de haut fourneau et comprenant un haut fourneau, un collecteur de poussières grossières, un collecteur de fines poussières du type par voie sèche et une turbine pour récupérer la pression du sommet du haut fourneau en tant qu'énergie, ces appareils étant montés en série le long du flux du gaz de haut fourneau.
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américain n[deg.] 147.200), on décrit un système dans lequel la turbine est raccordée, par un tube de sortie, à un tube terminal existant, relié à son tour à un gazomètre, une chaudière, un appareil à air chaud, un four de chauffage ou une unité terminale analogue pour l'utilisation du gaz de haut fourneau. En outre, en
vue de contraindre le gaz de haut fourneau (désigné ci-après par l'expression "gaz de fourneau") à éviter la turbine et à affluer directement dans le tube terminal lorsque ceci est désiré, un tube de dérivation est monté en parallèle avec la turbine, une sou- pape de commande de pression étant incorporée au tube de dériva- tion pour commander l'écoulement du gaz de fourneau dans la déri- vation.
Dans ce système, la soupape de dérivation est ordinairement fermée complètement lorsque la turbine fonctionne, ce qui permet au gaz provenant du haut fourneau d'être épuré par les deux col- lecteurs de poussières (qui sont tous deux du type par voie sèche
et qui par conséquent conduisent à une petite ou à aucune réduction de la pression ou de la température); ensuite, le gaz de fourneau passe par une soupape de fermeture et une soupape de ré- j gulateur situées dans le tube d'entrée de la turbine et afflue
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gaz. Le gaz résultant d'une température réduite pénètre dans le tube terminal. Toutefois, lorsque la turbine s'arrête pour l'une ou l'autre raison, la soupape de fermeture et la soupape de régulateur se ferment et la soupape de dérivation s'ouvre, ce qui con-
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minal en passant par la dérivation, de sorte que le gaz conserve une haute température. Puisque le tube terminal et l'unité terminale utilisant du gaz de fourneau et raccordée à celui-ci existent
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dans le tube terminal, comme lorsque la turbine s'arrête.
Par conséquent, un but de la présente invention est de réaliser un système utilisant du gaz de fourneau et capable de protéger les tubes terminaux existants et les unités terminales existantes utilisant du gaz de fourneau, même lorsque ce gaz de fourneau évite une turbine.
Pour atteindre ce but, la présente invention consiste en un système utilisant du gaz de fourneau, lequel comprend, à l'état disposé en série le long du flux du gaz de fourneau, un haut fourneau, un collecteur de poussières grossières, un collecteur de fines poussières du type par voie sèche, une turbine dotée d'un tube d'entrée et d'un tube de sortie pour récupérer la pression du sommet du haut fourneau sous la forme d'énergie, et un tube terminal raccordé au tube de sortie de la turbine, un tube de dérivation étant monté en parallèle avec la turbine et étant relié au tube terminal.
Le tube de dérivation ou le tube terminal est muni d'un organe de refroidissement par lequel le gaz de fourneau à haute température, affluant dans le tube de dérivation lorsque la turbine fonctionne ou non, est refroidi à un niveau non supérieur à une température spécifiée à un endroit situé en aval de l'organe de refroidissement.
Dans ce système, le gaz de fourneau, en évitant la turbine et tout en conservant une haute température, est refroidi par l'organe de refroidissement'du tube de dérivation ou du tube terminal. Ceci résout les problèmes posés par la dilatation thermique du tube terminal et de l'unité terminale utilisant du gaz de fourneau et par la résistance à la chaleur des bourrages et des bagues d'étanchéité.
D'autre part, un autre problème se pose lorsque la turbine fonctionne habituellement. Les systèmes du type décrit comprennent un collecteur de fines poussières du type par voie sèche en lieu et place du collecteur de fines poussières du type par voie humide, tel qu'un épurateur Venturi, de sorte que la température du gaz de fourneau ne s'abaisse pas très fortement avant d'entrer dans la turbine. Par conséquent, le problème de la condensation de l'humidité dans la turbine se pose si une grande chute de pression se produit dans cette turbine.
La pression du gaz de fourneau à la sortie de la turbine dépend de la résistance du tube terminal en aval de la turbine et de celle de l'unité terminale utilisant du gaz de fourneau et raccordée à ce tube (car la pression au terminal du système utilisant le gaz de fourneau, par exemple, au brûleur de la chaudière, est définie approximativement dans un cas quelconque). Dans la mesure où cette résistance est identique, la pression de sortie du gaz est substantiellement la même, peu importe que le haut fourneau soit du type haute pression ou basse pression. Par conséquent, le rapport entre les pressions du gaz de fourneau à l'entrée et à la sortie de la turbine dépend seulement de la pression du haut fourneau et augmente à mesure que la pression du haut du fourneau s'accroit.
La chute de température dans la turbine augmente à mesure que le rapport des pressions s'accroît. Par conséquent, en
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eau du gaz de fourneau à l'entrée de la turbine, l'humidité contenue dans le gaz de fourneau subit une condensation dana la turbine. Ceci pose les deux problèmes ci-aprèa.
i 1) Dépôt et accumulation de poussières sur les lames de la turbine ou attaque par écoulement.
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neau sec est fourni en tout temps, il n'y a vraisemblablement ni dépôt ni accumulation de poussières ni érosion due à l'attaque par écoulement, de sorte que la turbine peut être conçue pour permettre au gaz d'affluer à travers celle-ci à une vitesse accrue en vue de réduire le coût et d'améliorer le rendement. Toutefois, si le gaz de fourneau est humide, ces avantages ne se présentent pas.
2) Problème de brouillard dans le gaz libéré à partir de la turbine.
Le brouillard présent dans le gaz provenant de la sortie de la turbine provoque la corrosion et raccourcit la vie des éléments constitutifs des brûleurs (qui se composent généralement de céramique) de l'unité terminale utilisant du gaz de fourneau (dans le cas d'une chaudière, un appareil à air chaud, un four de chauffage ou analogue). En outre, lorsque le gaz de fourneau est brûlé par le brûleur, il est nécessaire de compenser la chaleur latente de la vaporisation du brouillard et de porter l'eau évaporée à la température de combustion. Ceci réduit l'élimination de chaleur du gaz de fourneau.
Même si on s'efforce d'augmenter l'élimination de chaleur du gaz de fourneau en installant une unité de suppression de brouillard en aval de la turbine, la présence de cette unité de suppression de brouillard augmente la pression de sortie de la turbine, ce qui conduit à une réduction correspondante de son rendement. Ainsi, le rendement de la turbine est en désaccord avec l'élimination de chaleur du gaz de fourneau. Le problème du
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leur et non du point de vue de la récupération d'énergie.
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idéal pour l'utilisation du gaz de fourneau, tout en accordant aussi une attention au problème de l'humidité présente dans la stallation. Le gaz de fourneau parvient à un tube d'admission :
partant de l'entrée du tube de dérivation 6, afflue dans la tur bine 8, traverse ensuite le tube de sortie 11 raccordé à la sor
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l'injection d'un réfrigérant dans ledit tube terminal 7 lorsque turbine 8 fonctionne ou est arrêtée. Un détecteur de températuj
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peut être remplacé par un échangeur de chaleur pour refroidir le gaz de fourneau et utiliser la chaleur du gaz. Dans ce cas, la
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de flux prévue dans le tube de fluide de l'échangeur.
Lorsque le haut fourneau 1 fonctionne normalement, le gaz de fourneau sortant par le sommet du fourneau, a une température de 110 à 150[deg.]C. En raison de la chaleur séparée du gaz avant qu celui-ci sorte du collecteur de fines poussières 4 du type par voie sèche, le gaz a une température de 100 à 140[deg.]C à la sortie
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commande de pression de dérivation 5 est ordinairement fermée totalement et la pression du sommet du haut fourneau 1 est commande à un niveau constant par la soupape de régulateur 14 en amont de la turbine 8 ou par les lames fixes réglables de la turbine 8. Er supposant que le gaz a une température Tl à la sortie de la turbi ne 8, la température T2 du gaz à la sortie de la turbine 8 est exprimée par l'équation suivante (en supposant qu'aucune condensa 1
tion de l'humidité ne se produit dans la turbine) :
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où
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k est le facteur d'isolation thermique.
En supposant que
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P2 = 0,07 (ordinairement 0,06 à 0,08 kg/cm2) + 1,033
= 1,103 kg/cm2 (pression absolue),
Tl = 140 + 273 = 413[deg.]K,
nad = 0,85, et
k = 1,37,
T2 = 342[deg.]K = 69[deg.]C.
Par conséquent, le gaz de fourneau pénétrant dans la turbine 8 à 140[deg.]C en est déchargé à 69[deg.]C lorsque la pression d'admission
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kg/cm2, le gaz de fourneau entrant dans la turbine 8 subit une réduction de température dans cette turbine et en est déchargé à une température de l'ordre d'environ 10 à 80[deg.]C; bien que la température diffère conformément à la pression d'admission et à la température d'admission de la turbine.
Le tube aval du système tubulaire utilisant le gaz de fourneau des fonderies de fer classiques est conçu peur traiter le gaz de haut fourneau qui a été refroidi à 30 à 70[deg.]C par un épurateur du type par voie humide servant de collecteur de fines poussières du type par voie sèche, et ne résiste pas par conséquent
à la chaleur. Aucun problème spécial ne se pose lorsque l'épurateur du type par voie humide est remplacé par le collecteur de fines poussières 4 du type par voie sèche, comme représenté, et toute ou presque toute la quantité de gaz de fourneau passe par la
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par exemple, une soupape à cloison, puisque la température du gaz de fourneau à la sortie de la turbine est aussi basse que dans le cas du système classique. Toutefois, lorsque la turbine 8 s'arrête pour une raison ou l'autre, le gaz de fourneau à haute température afflue, en passant par le tube de dérivation, dans le tube terminal existant 7 et dans l'unité terminale existante utilisant le gaz de tourneau, ce qui pose aes problèmes concernant- la dilata tion thermique de ce tube et de cette unité et la résistance à la chaleur des bourrages et des bagues d'étanchéité.
Par conséquent, grâce à la présente invention, le tube de dérivation ou le tube terminal 7 incorpore un injecteur de réfrigérant 17 ou un échangeur de chaleur ou un organe de refroidissement analogue et le détecteur de température de gaz 18 est situé en aval de l'organe de refroidissement en vue de commander la soupape de commande de réfrigérant 16 ou la soupape de commande de l'échangeur de chaleur pour maintenir la température du gaz à un niveau non supérieur à celui de la température active déterminée de l'unité et du tube terminaux.
Lorsqu'elle fonctionne, la turbine peut être arrêtée pour des raisons de sécurité, cet état étant dénommé arrêt de sécurité, puis est remise en service selon le processus suivant.
a.- Arrêt de sécurité.
La soupape de commande de pression 5 de la dérivation est ouverte très rapidement, la soupape de fermeture de secours 13
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déchargée simultanément. Subséquemment, la soupape de commande de réfrigérant 16 fonctionne en réponse à un signal d'indication de température 19 provenant du détecteur 18 pour injecter le réfrigérant dans le tube terminal et pour maintenir le gaz à une température non supérieure à la température déterminée du tube 7 <EMI ID=20.1>
Lorsque la soupape de fermeture d'entrée 12, la soupape de fermeture de sortie 15 et la soupape de fermeture de secours 13 sont ouvertes, la soupape de régulateur 14 est ouverte tout en
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turbine 8 est mise en marche. La turbine est chargée dès qu'elle a atteint une vitesse d'une valeur prédéterminée. Selon le processus précité, le gaz à basse température pénétrant dans la turbine 8 se mélange avec le gaz chaud du tube terminal 7, de sorte que ce dernier est éventuellement rempli de gaz à basse température. Entre-temps, la soupape de commande de réfrigérant 16 est commandée par les signaux d'indication de température 19 provenant du détecteur 18 pour réduire et finalement arrêter l'injection de réfrigérant par l'injecteur 17. La soupape de régulateur 14 est supprimée lorsque les lames fixes de la turbine 8 sont rendues réglables afin de servir de soupape de régulateur.
Bien que représenté dans un état prévu pour le tube terminal
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est disposé en amont de la soupape de dérivation 5, le gaz de
- fourneau est épuré avant de pénétrer dans la soupape 5, celle-ci pouvant ainsi être maintenue propre avantageusement.
En pratique, l'arrêt et le démarrage de la turbine 8 sont automatiquement détectés pour commander la soupape de fermeture
de secours 13 et la soupape de dérivation 5 en liaison active avec
la turbine par un organe de commande non représenté et pour main- ;
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soupape de commande de réfrigérant 16 par le même organe de com- mande, de sorte qu'on élimine le retard de réponse qui en résulterait si seule la liaison d'accouplement entre le détecteur 18 et la soupape 16 était utilisée. Au surplus, en pratique, la soupape de fermeture 12, la soupape de régulateur 14 et la soupape de fermeture de sortie 15 sont commandées naturellement par l'organe de commande.
Le système utilisant du gaz de fourneau représenté à la figure 2 est semblable à celui de la figure 1, sauf qu'il est équipé d'un organe pour empêcher la condensation de la vapeur contenue dans le gaz de fourneau de la turbine. Pendant le fonctionnement de la turbine 8, le gaz de fourneau provenant du collecteur de poussières 4 afflue principalement dans la turbine 8 en passant par le tube d'entrée 10. En même temps, une partie du gaz pénètre dans un tube de branchement 20 disposé dans une section intermédiaire du tube d'entrée 10 et parvient au conduit de gaz de la turbine d'où elle atteint soit la deuxième étage soit les étages suivants de la turbine et se mélange avec le gaz fourni au premier étage.
Le gaz refroidi dans le premier étage est chauffé par mélange avec le gaz dérivé, si bien que l'eau contenue dans le gaz ne subit pas de condensation à la sortie de la turbine 8.
Pour contrôler le gaz sortant de la turbine de telle sorte qu'il ne soit à aucun moment saturé d'eau, un détecteur d'humidi-
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rée au tube de branchement 20, si bien que le degré d'ouverture de la soupape de commande de flux 21 est commandé en réponse au signal de détection du détecteur 22. Il n'est pas nécessaire que
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la soupape de commande de flux 21 peut être commandée par un détecteur de température (dans la mesure où la teneur en eau du gaz de fourneau, tel qu'il est déchargé du h&ut fourneau, est en substance constante et connue) puisque l'humidité relative à la sortie de la turbine peut être déterminée lorsque la teneur en eau du gaz de fourneau, tel qu'il est déchargé du fourneau, est
<EMI ID=26.1> ment connue, étant donné que la pression du gaz de fourneau à la sortie est approximativement constante dans le cas d'un système quelconque de ce type utilisant le gaz de fourneau.
La figure 3 est une vue en coupe de la turbine 8 du type à étages multiples, appropriée au système de l'invention. La turbine comprend un conduit de gaz interne 23, des lames fixes 24, lames mobiles 25 et un arbre tournant 26. Le conduit de gaz
23 enferme un espace d'une largeur accrue (la position correspondant en réalité au deuxième étage) entre les lames mobiles 25A du premier étage et les lames fixes 24B du deuxième étage. Le tube de branchement 20 communique avec ledit espace où le gaz dérivé se mélange avec le gaz principal fourni au premier étage pour empêcher la condensation de l'eau contenue dans la partie aval
du conduit de gaz 23. Les lames fixes du premier et du troisième étage sont désignées par 24A et 24C et les lames mobiles du deuxième et du troisième étage sont désignées par 25B et 25C respectivement.
La figure 4 est une variante de la turbine 8 de la figure 3, Une voie de passage annulaire 27 est prévue autour du conduit de gaz 23 et communique avec le tube de branchement 20. Comme le montrent les figures 5 et 6, chacune des lames fixes 24B et 24C du deuxième et du troisième étage ont une voie de passage 28 qui est ouverte à leurs extrémités opposées. Des trous 29 sont formés dans la paroi des lames. La voie de passage 28 est en communication, par son extrémité de hase, avec la voie de passage annulaire
27 via une ouverture 30. Le gaz dérivé passe par la voie de pas- <EMI ID=27.1>
premier étage pour empêcher la condensation de l'eau contenue dana le conduit 23 du deuxième étage et des étagea suivants.
<EMI ID=28.1> lames fixes 24C du troisième étage, la condensation de la vapeur peut être empêchée avec une efficacité améliorée. Les trous 29 formés dans les parole des lames fixes 24B, 24C et servant à injecter le gaz dérivé uniformément dans le conduit de gaz 23, suppriment la possibilité d'une condensation locale de la teneur en eau.
Bien que la condensation dans la turbine du système reproduit à la figure 2 peut être entièrement empêchée en réglant l'alimentation en gaz dérivé, celle-ci doit être augmentée si
la chute de pression interne (température de la turbine) est grande. Ceci conduit à une diminution du rendement de la tubrine. La figure 7 montre un système où ce problème est résolu. Le tube de branchement 20 est doté, dans sa partie intermédiaire, d'un échangeur de chaleur 31 servant d'organe de chauffage; cet échangeur chauffe le gaz dérivé pour fournir du gaz chauffé à la partie intermédiaire du conduit de gaz de la turbine 8. Un tube d'alimentation en milieu chaud 32 pour l'approvisionnement en vapeur, gas d'échappement ou fluide de chauffage analogue de l'échangeur de chaleur 31, incorpore une soupape de commande de milieu chaud 33. En outre, laïc soupape de commande de flux de gaz 21 est prévue dans le tube de branchement 20 en aval de l'échangeur de chaleur <EMI ID=29.1>
11 de la turbine émet un signal de détection 34 qui actionne les deux soupapes de commande 21, 33. La turbine de la figure 3 ou 4 est utilisée comme turbine 8 pour ce système.
La soupape de commande de flux de gaz 21 s'ouvre lorsque
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dépasse une valeur prédéterminée. En même temps ou avec un certain retard, la soupape de commende de milieu chaud 33 fonctionne pour amorcer l'échange de chaleur à l'intérieur de l'échangeur 31, si bien que le gaz dérivé est chauffé pour contrôler l'humidité relative du gaz de fourneau, à la sortie de la turbine, jusqu'à un niveau non supérieur à la valeur prédéterminée. Ainsi, la température et le débit du gaz dérivé sont établis en détectant l'humidité relative du gaz de fourneau à la sortie de la turbine, de sorte que le gaz de fourneau n'est pas saturé d'eau à la sertie.
Le flux de gaz dérivé est minimisé pour empêcher la réduction du rendement de la turbine, due à la diminution de l'alimentation en gaz principal. L'humidité est contrôlée pour prévenir toute condensation lors du chauffage du gaz dérivé.
L'échangeur de chaleur 31 utilisé comme organe de chauffage dans l'exemple de réalisation prédécrit peut être remplacé par un brûleur à combustion interne 35, comme le montre la figure 8.
L'air fourni au haut fourneau ou à l'installation est utilisable comme air de combustion pour le brûleur. L'air est amené par un conduit 36 au brûleur 35 sous une pression légèrement plus élevée que celle du gaz de fourneau.
La soupape de commande de flux de gaz 21 s'ouvre lorsque l'humidité relative du gaz de fourneau à la sortie de la turbine s'élève au-delà d'une valeur prédéterminée. En même temps ou avec un certain retard, un organe d'allumage 37 fonctionne et une soupape pneumatique 38, ainsi qu'une soupape 39 pour la combustion du gaz de fourneau s'ouvrent simultanément. En raison de l'effet Venturi exercé par l'apport d'air, le gaz de combustion pénètre dans le brûleur 35 et commence à y brûleur, de sorte que le gaz dérivé est chauffé pour contrôler l'humidité relative du gaz de fourneau, à la sortie de la turbine, jusuqu'à un niveau non supérieur à la valeur prédéterminée. Le flux de gaz dérivé est minimisé pour la même raison que celle décrite en liaison avec l'exemple de réalisation précédent.
REVENDICATIONS
1.- Perfectionnement apporté et/ou relatif à un système utilisant du gaz de haut fourneau et comprenant, à l'état disposé en série le long du flux du gaz de haut fourneau, un haut fourneau, un collecteur de poussières grossières, un collecteur de fines poussières du type par voie sèche, une turbine comportant
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au tube terminal, caractérisé en ce qu'un organe de refroidissenient est prévu dans le tube de dérivation ou le tube terminal, de sorte que le gaz de haut fourneau à haute température, passant par le tube de dérivation lorsque la turbine est en service ou est arrêtée, est refroidi à un niveau non supérieur à une température spécifiée à un endroit situé en aval de l'organe de refroidissement.
"System for the use of blast furnace gas" 1
The present invention relates to a system comprising a fine dust collector of the dry type and designed to use blast furnace gas, and relates more particularly to a system using blast furnace gas and comprising a blast furnace, a collector coarse dust, a dry type fine dust collector and a turbine to recover the pressure from the top of the blast furnace as energy, these devices being connected in series along the flow of blast furnace gas.
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American n [deg.] 147.200), a system is described in which the turbine is connected, by an outlet tube, to an existing terminal tube, in turn connected to a gasometer, a boiler, a hot air device, a heating furnace or the like for the use of blast furnace gas. Furthermore, in
view of constraining blast furnace gas (hereinafter referred to as "furnace gas") to avoid the turbine and to flow directly into the terminal tube when this is desired, a bypass tube is mounted in parallel with the turbine, a pressure control valve being incorporated in the bypass tube to control the flow of furnace gas into the bypass.
In this system, the bypass valve is usually closed completely when the turbine is running, allowing gas from the blast furnace to be purified by the two dust collectors (both of which are of the dry type
and which therefore lead to little or no reduction in pressure or temperature); then the furnace gas passes through a shut-off valve and a regulator valve located in the inlet tube of the turbine and flows in
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gas. The gas resulting from a reduced temperature enters the terminal tube. However, when the turbine stops for any reason, the shut-off valve and the regulator valve close and the bypass valve opens, which con-
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minimum through the bypass, so that the gas maintains a high temperature. Since the terminal tube and the terminal unit using furnace gas and connected to it exist
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in the terminal tube, as when the turbine stops.
Therefore, an object of the present invention is to provide a system using furnace gas and capable of protecting existing terminal tubes and existing terminal units using furnace gas, even when this furnace gas avoids a turbine.
To achieve this object, the present invention consists of a system using furnace gas, which comprises, in the state arranged in series along the flow of furnace gas, a blast furnace, a coarse dust collector, a fine dust, dry type, a turbine with an inlet tube and an outlet tube to recover the pressure from the top of the blast furnace in the form of energy, and a terminal tube connected to the outlet tube of the turbine, a bypass tube being mounted in parallel with the turbine and being connected to the terminal tube.
The bypass tube or end tube is provided with a cooling member by which the high temperature furnace gas, flowing into the bypass tube when the turbine is running or not, is cooled to a level not higher than a specified temperature at a location downstream of the cooling member.
In this system, the furnace gas, by avoiding the turbine and while maintaining a high temperature, is cooled by the cooling member of the branch pipe or the end pipe. This solves the problems posed by the thermal expansion of the terminal tube and the terminal unit using furnace gas and by the heat resistance of packing and sealing rings.
On the other hand, another problem arises when the turbine usually operates. The systems of the type described include a dry type collector of the dry type in place of the fine type collector of the wet type, such as a Venturi scrubber, so that the temperature of the furnace gas does not not lower very sharply before entering the turbine. Therefore, the problem of moisture condensation in the turbine arises if a large pressure drop occurs in this turbine.
The pressure of the furnace gas at the outlet of the turbine depends on the resistance of the terminal tube downstream of the turbine and that of the terminal unit using furnace gas and connected to this tube (because the pressure at the system terminal using furnace gas, for example, at the boiler burner, is defined approximately in any case). Insofar as this resistance is identical, the gas outlet pressure is substantially the same, regardless of whether the blast furnace is of the high pressure or low pressure type. Consequently, the ratio between the pressures of the furnace gas entering and leaving the turbine depends only on the pressure of the blast furnace and increases as the pressure of the top of the furnace increases.
The temperature drop in the turbine increases as the pressure ratio increases. Therefore, in
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water from the furnace gas at the inlet of the turbine, the humidity contained in the furnace gas is condensed in the turbine. This poses the two problems below.
i 1) Deposit and accumulation of dust on the turbine blades or flow attack.
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dry water is provided at all times, there is likely to be no deposit, accumulation of dust, or erosion due to flow attack, so the turbine can be designed to allow gas to flow through it at an increased speed to reduce cost and improve efficiency. However, if the furnace gas is wet, these benefits do not arise.
2) Problem of fog in the gas released from the turbine.
The fog present in the gas coming from the turbine outlet causes corrosion and shortens the life of the components of the burners (which generally consist of ceramic) of the terminal unit using furnace gas (in the case of a boiler, hot air appliance, heating furnace or the like). In addition, when the furnace gas is burned by the burner, it is necessary to compensate for the latent heat of the vaporization of the mist and to bring the evaporated water to the combustion temperature. This reduces heat removal from the furnace gas.
Even if we try to increase the elimination of heat from the furnace gas by installing a fog suppression unit downstream of the turbine, the presence of this fog suppression unit increases the outlet pressure of the turbine, which leads to a corresponding reduction in its yield. Thus, the efficiency of the turbine is at variance with the elimination of heat from the furnace gas. The problem of
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their and not from the point of view of energy recovery.
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ideal for the use of furnace gas, while also paying attention to the problem of humidity present in the stallation. The furnace gas reaches an intake tube:
starting from the inlet of the bypass tube 6, flowing into the turbine 8, then crosses the outlet tube 11 connected to the outlet
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injecting a refrigerant into said terminal tube 7 when turbine 8 is operating or is stopped. A temperature detector
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can be replaced by a heat exchanger to cool the furnace gas and use the heat of the gas. In this case
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flow provided in the exchanger fluid tube.
When the blast furnace 1 is operating normally, the furnace gas exiting from the top of the furnace has a temperature of 110 to 150 [deg.] C. Due to the separate heat of the gas before it leaves the dry type fine dust collector 4, the gas has a temperature of 100 to 140 [deg.] C at the outlet
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bypass pressure control 5 is usually completely closed and the pressure from the top of the blast furnace 1 is controlled at a constant level by the regulator valve 14 upstream of the turbine 8 or by the adjustable fixed blades of the turbine 8. Er assuming that the gas has a temperature Tl at the outlet of the turbine 8, the temperature T2 of the gas at the outlet of the turbine 8 is expressed by the following equation (assuming that no condensa 1
humidity does not occur in the turbine):
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or
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k is the thermal insulation factor.
Assuming that
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P2 = 0.07 (usually 0.06 to 0.08 kg / cm2) + 1.033
= 1.103 kg / cm2 (absolute pressure),
Tl = 140 + 273 = 413 [deg.] K,
nad = 0.85, and
k = 1.37,
T2 = 342 [deg.] K = 69 [deg.] C.
Consequently, the furnace gas entering the turbine 8 at 140 [deg.] C is discharged at 69 [deg.] C when the inlet pressure
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kg / cm2, the furnace gas entering the turbine 8 undergoes a temperature reduction in this turbine and is discharged at a temperature of the order of about 10 to 80 [deg.] C; although the temperature differs according to the inlet pressure and the inlet temperature of the turbine.
The downstream tube of the tubular system using furnace gas from conventional iron foundries is designed to treat blast furnace gas which has been cooled to 30 to 70 [deg.] C by a wet type purifier serving as a collector. fine dust of the dry type, and therefore does not resist
in the heat. No special problem arises when the wet type purifier is replaced by the dry type fine dust collector 4, as shown, and all or almost all of the amount of furnace gas passes through the
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for example, a bulkhead valve, since the temperature of the furnace gas at the outlet of the turbine is as low as in the case of the conventional system. However, when the turbine 8 stops for some reason, the high temperature furnace gas flows in, through the bypass tube, into the existing terminal tube 7 and into the existing terminal unit using the gas. of tourneau, which poses problems concerning the thermal expansion of this tube and this unit and the heat resistance of jams and sealing rings.
Consequently, thanks to the present invention, the bypass tube or the end tube 7 incorporates a refrigerant injector 17 or a heat exchanger or the like cooling member and the gas temperature detector 18 is located downstream of the cooling member for controlling the refrigerant control valve 16 or the heat exchanger control valve to maintain the temperature of the gas at a level not higher than that of the determined active temperature of the unit and the tube terminals.
When in operation, the turbine can be stopped for safety reasons, this state being called safety stop, then is put back into service according to the following process.
a.- Safety stop.
The bypass pressure control valve 5 is opened very quickly, the emergency closing valve 13
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discharged simultaneously. Subsequently, the refrigerant control valve 16 operates in response to a temperature indication signal 19 from the detector 18 to inject the refrigerant into the terminal tube and to maintain the gas at a temperature not higher than the determined temperature of the tube 7 <EMI ID = 20.1>
When the inlet shut-off valve 12, the outlet shut-off valve 15 and the emergency shut-off valve 13 are open, the regulator valve 14 is opened while
<EMI ID = 21.1>
turbine 8 is started. The turbine is loaded as soon as it reaches a speed of a predetermined value. According to the above process, the low temperature gas entering the turbine 8 mixes with the hot gas from the terminal tube 7, so that the latter is optionally filled with gas at low temperature. Meanwhile, the refrigerant control valve 16 is controlled by temperature indication signals 19 from the detector 18 to reduce and ultimately stop the injection of refrigerant through the injector 17. The regulator valve 14 is suppressed when the fixed blades of the turbine 8 are made adjustable so as to serve as a regulator valve.
Although shown in a state intended for the end tube
<EMI ID = 22.1>
is arranged upstream of the bypass valve 5, the gas from
- The furnace is purified before entering the valve 5, which can thus advantageously be kept clean.
In practice, the stopping and starting of the turbine 8 are automatically detected in order to control the shut-off valve.
relief 13 and the bypass valve 5 in active connection with
the turbine by a control member not shown and for main-;
<EMI ID = 23.1>
refrigerant control valve 16 by the same control member, so that the response delay which would result if only the coupling link between the detector 18 and the valve 16 was eliminated. In addition, in practice, the closing valve 12, the regulator valve 14 and the outlet closing valve 15 are naturally controlled by the control member.
The system using furnace gas shown in Figure 2 is similar to that of Figure 1, except that it is equipped with a member to prevent condensation of the vapor contained in the furnace gas of the turbine. During the operation of the turbine 8, the furnace gas from the dust collector 4 flows mainly into the turbine 8 via the inlet tube 10. At the same time, part of the gas enters a branch tube 20 disposed in an intermediate section of the inlet tube 10 and reaches the gas duct of the turbine from which it reaches either the second stage or the following stages of the turbine and mixes with the gas supplied to the first stage.
The gas cooled in the first stage is heated by mixing with the derived gas, so that the water contained in the gas does not undergo condensation at the outlet of the turbine 8.
To control the gas leaving the turbine so that it is never saturated with water, a humidity detector
<EMI ID = 24.1>
connected to the connection tube 20, so that the degree of opening of the flow control valve 21 is controlled in response to the detection signal from the detector 22. It is not necessary that
<EMI ID = 25.1>
the flow control valve 21 can be controlled by a temperature sensor (as long as the water content of the furnace gas, as it is discharged from the furnace, is substantially constant and known) since the humidity relative to the turbine outlet can be determined when the water content of the furnace gas, as it is discharged from the furnace, is
<EMI ID = 26.1> known, since the pressure of the furnace gas at the outlet is approximately constant in the case of any system of this type using furnace gas.
Figure 3 is a sectional view of the turbine 8 of the multi-stage type, suitable for the system of the invention. The turbine comprises an internal gas conduit 23, fixed blades 24, movable blades 25 and a rotating shaft 26. The gas conduit
23 encloses a space of increased width (the position corresponding in reality to the second stage) between the movable blades 25A of the first stage and the fixed blades 24B of the second stage. The connection tube 20 communicates with said space where the derived gas mixes with the main gas supplied to the first stage to prevent condensation of the water contained in the downstream part
of the gas pipe 23. The fixed blades of the first and third stages are designated by 24A and 24C and the movable blades of the second and third stages are designated by 25B and 25C respectively.
Figure 4 is a variant of the turbine 8 of Figure 3, An annular passageway 27 is provided around the gas conduit 23 and communicates with the connection tube 20. As shown in Figures 5 and 6, each of the blades fixed 24B and 24C of the second and third stages have a passageway 28 which is open at their opposite ends. Holes 29 are formed in the wall of the blades. The passageway 28 is in communication, by its hase end, with the annular passageway
27 via an opening 30. The diverted gas passes through the passageway - <EMI ID = 27.1>
first stage to prevent condensation of the water contained in the conduit 23 of the second stage and the following stages.
<EMI ID = 28.1> 24C fixed blades of the third stage, condensation of the vapor can be prevented with improved efficiency. The holes 29 formed in the floor of the fixed blades 24B, 24C and used to inject the derivative gas uniformly into the gas conduit 23, eliminate the possibility of local condensation of the water content.
Although the condensation in the turbine of the system shown in Figure 2 can be entirely prevented by adjusting the supply of bypass gas, this must be increased if
the internal pressure drop (turbine temperature) is large. This leads to a decrease in the efficiency of the tubrine. Figure 7 shows a system where this problem is solved. The connection tube 20 is provided, in its intermediate part, with a heat exchanger 31 serving as a heating member; this exchanger heats the derivative gas to supply heated gas to the intermediate part of the gas duct of the turbine 8. A hot medium supply tube 32 for supplying steam, exhaust gas or similar heating fluid of the heat exchanger 31 incorporates a hot medium control valve 33. In addition, the lay gas flow control valve 21 is provided in the connection tube 20 downstream of the heat exchanger <EMI ID = 29.1 >
11 of the turbine emits a detection signal 34 which actuates the two control valves 21, 33. The turbine of FIG. 3 or 4 is used as a turbine 8 for this system.
The gas flow control valve 21 opens when
<EMI ID = 30.1>
exceeds a predetermined value. At the same time or with a certain delay, the hot medium control valve 33 operates to initiate the heat exchange inside the exchanger 31, so that the bypass gas is heated to control the relative humidity of the furnace gas, at the outlet of the turbine, to a level not higher than the predetermined value. Thus, the temperature and the flow rate of the derived gas are established by detecting the relative humidity of the furnace gas at the outlet of the turbine, so that the furnace gas is not saturated with seam water.
The bypass gas flow is minimized to prevent the reduction of the turbine efficiency, due to the decrease in the main gas supply. The humidity is controlled to prevent any condensation when the derivative gas is heated.
The heat exchanger 31 used as a heating element in the above-described exemplary embodiment can be replaced by an internal combustion burner 35, as shown in FIG. 8.
The air supplied to the blast furnace or to the installation can be used as combustion air for the burner. The air is supplied via a pipe 36 to the burner 35 under a pressure slightly higher than that of the furnace gas.
The gas flow control valve 21 opens when the relative humidity of the furnace gas at the outlet of the turbine rises above a predetermined value. At the same time or with a certain delay, an ignition member 37 operates and a pneumatic valve 38, as well as a valve 39 for the combustion of the furnace gas, open simultaneously. Due to the Venturi effect exerted by the air supply, the combustion gas enters the burner 35 and starts to burn there, so that the derived gas is heated to control the relative humidity of the furnace gas, at the outlet of the turbine, up to a level not higher than the predetermined value. The flow of derivative gas is minimized for the same reason as that described in connection with the previous embodiment.
CLAIMS
1.- Improvement provided and / or relating to a system using blast furnace gas and comprising, in the state arranged in series along the flow of blast furnace gas, a blast furnace, a coarse dust collector, a collector fine dust of the dry type, a turbine comprising
<EMI ID = 31.1>
at the end pipe, characterized in that a cooler is provided in the bypass pipe or the end pipe, so that the high temperature blast furnace gas passing through the bypass pipe when the turbine is in operation or is stopped, is cooled to a level not higher than a specified temperature at a location downstream of the cooling member.