Brevet FR2249954A1 — publié le 19750530

La présente invention se rapporte à un procédé de formation d'un mélange d'un combustible liquide avec un autre fluide, destiné à être introduit dans un four métallurgique et notamment dans un four à cuve comme par exemple un haut fourneau L'introduction de combustibles liquides dans un haut fourneau est bien connue; le but poursuivi est double : diminuer la consommation de coke métallurgique et régulariser la marche du haut fourneau. Si les moyens techniques mis en oeuvre pour l'injection de combustibles liquides sont fort variés, on constate fréquemment, et surtout aux débits d'injection élevés, que le combustible liquide injecté ne brule qu'imparfaitement. I1 en résulte une mauvaise utilisation thermique et chimique du combustible et de plus, la bonne marche du haut fourneau peut être entravée par le carbone non brélé. Cette combustion incomplète est due à la configuration spéciale de la zone de combustion d'un haut fourneau et au mélange insuffisant du combustible avec le comburant. En effet, le vent chaud (agent oxydant) entre tres rapidement, généralement à une vitesse comprise entre 200 et 300 mise., dans la zone de combustion, qui est limitée 50 à 60 cm plus loin, par le coke incandescent ragent réducteur). La longueur de la zone oxydante, dans laquelle doit s 'opérer la combustion du combustible injecté,- s'en trouve fortement limitée et dépasse rarement 1,2 m. De ce fait, la combustion complète n'est assurée -que si le combustible liquide est très finement divisé et intimement mélangé à l'agent oxydant. Un moyen, entre autres, pour arriver à cet état, est d'augmenter la surface spécifique du combustible injecté. Pour ce faire, on pulvérise le liquide par exemple par voie mécanique ou encore par air comprimé. Le meilleur résultat-est obtenu en ajoutant au combustible liquide, une certaine quantité d'eau, sous forme liquide ou sous forme de vapeur. L'émulsion se fait directement en amont des injecteurs proprement dits. Ce procédé, déjà connu depuis longtemps, se base sur la détente et l'évaporation instantanée de cette eau sous la double action de la chute de pression et de l'augmentation de température à la sortie de l'injecteur et à l'entrée dans le courant de vent chaud.L'évaporation quasi-explosive de l'eau contenue dans le mélange déchire le jet du combustible liquide et le divise en particules très fines. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, on a appliqué jusqu'ici des lances spéciales à chambre de mélange suivant le système de l'éjecteur, ou encore des chambres de mélange à paroi poreuse perméable, ou encore des appareils spéciaux d'homogénéisation alliés à des pompes haute pression. Cependant, la mise en oeuvre de toute enceinte spéciale d'homogénéisation, comme par exemple des lances à chambre de mélange ou bien des appareils d'homogénéisation, a l'inconvénient de nécessiter une transformation coûteuse de l'installation existante, respectivement un surcroît d'investissement et de travail constructif pour toute installation nouvelle. L'adaptation d'un circuit d'injection classique à la pulvérisation d'émulsions nécessite actuellement une modification des caractéristiques des circuits et entraîne des mises au point appropriées. Dans le-cas d'une panne de l'alimenta- tion en vapeur, respectivement en eau, l'injection de combustible est perturbée, les chambres de mélange peuvent se boucher. Pour ne pas mettre en danger la marche du four, il faut prévoir des conduites de dérivation.En plus, selon la viscosité du combustible, un chauffage entre la station de distribution et l'injection dans le four est nécessaire. Pour réduire les bouchages fréquents des conduites, un purgeage périodique s impose. Malgre ces précautions, les cannes d'injection ont une durée de fonctionnement réduite et les ajutages des injecteurs se bouchent rapidement à cause de la décomposition du combustible sous l'effet de la température élevée. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients cités et de proposer un procédé qui apporte une solution technique fiable et facilement réalisable à l'injection de combustibles liquides en quantités élevées dans des fours métallurgiqués. Le procédé selon l'invention consiste en ce qu'on introduit un fluide auxiliaire dans le circuit du combustible liquide en amont d'une zone de turbulence ou directement dans une telle -zone. Cette zone de turbulence fait partie intégrante de la conduite de combustible, le circuit du combustible liquide pouvant garder ses carac téristiques initiales. La turbulence est due à une irrégularité quelconque du circuit, par exemple à la présence d'une vanne, d'un clapet, d'un coude, d'un rétrécissement ou d'un élargissement créés intentionnellement ou non.Cette turbulence, conjointement avec celle créée par le jet du fluide auxiliaire, surtout en cas d'addi tion de vapeur d'eau, suffit à produire une émulsion qui reste stable tout au long de son transport à travers le circuit d'injection du four. Ceci est très inattendu. Ainsi l'homme de l'art s'efforçait jusqu'ici à créer des enceintes d'homogénéisation perfectionnées et de les rapprocher le plus possible des points d'injection du four. La vapeur auxiliaire et/ou le gaz auxiliaire est réparti en quantités égales sur les conduites de combustible de préférence à l'aide d'ajutages. La pression du gaz et/ou de la vapeur en amont des ajutages est réglée par un seul régulateur à au moins le double des pressions régnant en aval, ces dernières étant sensiblement égales aux pressions du combustible liquide. Dans ces conditions, les débits du gaz et/ou de la vapeur à travers les ajutages deviennent indépendants de la pression régnant en aval des ajutages, donc aussi des variations de pression du combustible dues aux régulateurs de débit du combustible. En employant des ajutages identiques dans les différentes conduites amenant le ou les fluides gazeux auxiliaires, on obtient-des débits égaux sur toutes les conduites branchées.Les rapports fluide auxiliaire-combustible liquide restent constants c'est-à-dire ne dépendent que du bon fonctionnement du régulateur unique agissant sur la pression du ou des fluides gazeux auxiliaires et du fonctionnement des régulateurs de débit des conduites à combustible liquide. On couple de préférence la valeur de consigne du régulateur de pression à la valeur de consigne unique des régulateurs de débit; on obtient ainsi un moyen efficace pour adapter l'injection du mélange aux conditions de marche variables du four. De préférence, on place les points d'injection du fluide auxiliaire le plus près possible de la station de distribution du combustible liquide de façon à réduire la viscosité du mélange, surtout si le combustible liquide n'est pas suffisamment chauffé. On peut utiliser comme composants du fluide auxiliaire d'injection, seuls ou en mélange, par exemple de l'air, du vent chaud, des vapeurs d'hydrocarbures, des hydrocarbures gazeux, de l'hydrogène, de la vapeur d'eau, de l'eau et, en général, des gaz, des vapeurs et des liquides. On peut même utiliser des fluides contenant des matières solides en suspension. Cependant, dans le cas d'ajouts de liquides, la régulation des débits devient plus difficile. Le procédé selon l'invention simplifie les moyens pour réaliser un mélange fluide auxiliaire-combustible liquide, se prête par exemple à la réalisation de mélanges vapeurs et/ou gaz-combustible liquide, la vapeur pouvant se condenser ou non, et profite au maximum des propriétés physiques et thermiques du mélange résultant. Le procédé s'adapte particulièrement bien aux installations existantes d'injection de combustible liquide dans un four métallurgique. La misé en oeuvre du procédé apporte les avantages techniques et économiques indéniables de la simplicité, de la fiabilité et de la facilité de réalisation; on n'a pas besoin d'enceintes spéciales, ni d'appareils spéciaux destinés à effectuer le mélange. Ceci a comme conséquence qu'une panne de vapeur (ou d'eau hautepression) n'a tout au plus comme conséquence qu'un excès de combustible injecté. En outre, le dosage et la régulation de la vapeur et/ou du gaz d'injection ne nécessite qu'un seul circuit de régulation au lieu de circuits multiples. Le choix du point d'introduction du fluide auxiliaire permet de réduire l'importance du chauffage, ainsi que des nettoyages périodiques de la partie prépondérante du circuit d'injection du combustible liquide. Le fluide auxiliaire présent dans le combustible nettoie le circuit d'une façon plus complate qu'un purgeage périodique, ce qui a comme conséquence un bouchage moins fréquent des cannes d'injection, ainsi qu'une amélioration de leur durée de vie. L'invention peut être illustrée par l'exemple non limitatif suivant : Le circuit d'injection de combustible liquide d'un hautfourneau de 7,2 m de diamètre au creuset, d'un volume utile de 1130 m3 et d'une production journalière de 800 tonnes de fonte a été modifié en ce que, près de la rame de distribution du combustible, on a soudé 14 conduites d'injection de vapeur d'eau sur 14 conduites de combustible liquide. Les points d'injection de la vapeur dans le combustible liquide se situent à des distances variables comprises entre 5 m et 40 m des tuyères, respectives, du hautfourneau, mais directement, c'est-à-dire à moins de 20 cm, derrière les vannes de réglage de débit du combustible liquide. Des ajutages de mêmes dimensions sont installés dans les 14 conduites de vapeur d'eau.La pression-du combustible liquide, en l'occurrence du fuel de provenance diverse sans ajout d'émulsifiant, est de 2 à 6 kg/cm2 au point d'injection; celle de la vapeur d'eau injectée est de 10 à 14 kg/cm2. La quantité de combustible liquide injectée dans le haut-fourneau sans perturber sa marche a pu être massivement relevée de cette façon. En partant d'une quantité de 80 kg, on atteint au moins 140 kg de fuel injecté par tonne de fonte réduite. La mise au ille de coke se réduit en conséquence. La quantité d'eau contenue dans le mélange injectée se situe entre 2 et 4%. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans slécarter pour cela de l'esprit de l'invention. REVENDICATI-ONS 1.- Procédé de formation d'un mélange d'un combustible liquide avec un fluide auxiliaire, le mélange étant destiné à être injecté dans un four métallurgique, caractérisé en ce qu'un fluide auxiliaire est introduit, avant ou ismédiatement,dans une zone de turbulence de la conduite de combustible liquide, cette zone faisant partie intégrante de ladite conduite. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide auxiliaire ajouté est composé exclusivement de vapeurs etXou de gaz. 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le fluide auxiliaire ajouté au combustible liquide se trouve, en amont d'un ajutage situé dans la conduite amenant le fluide auxiliaire d'addition, à une pression au moins double à celle' du combustible liquide. 4.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'ajoute du fluide auxiliaire est effectuée individuellement par des ajutages de forme géométrique identique sur toutes les conduites à combustible liquide d'une même installation en vue d'une équi-répartition du fluide auxiliaire. 5.- Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'endroit de l'ajout du fluide auxiliaire est choisi de façon à réduire la viscosité du mélange combustible dans les conduites reliant la station de distribution aux points d'injection du four. 6.- Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fluide auxiliaire ajouté est de la vapeur d'eau. 7.- Procédé selon une quelconque des revendications 1 5, caractérisé en ce que le fluide auxiliaire est de l'eau chaude. 8.- Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fluide ajouté est de la vapeur d'hydrocarbures. 9.- Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fluide ajouté est composé au moins d'un combustible et/ou d'un comburant. 10.- Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fluide ajouté est un liquide. 11.- Procédé selon une quelconque des revendications 1, 3, 4 et 5, caractérisé en ce que le fluide ajouté est un mélange de gaz et/ou de vapeurs et/ou de liquides. 12.- Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le fluide ajouté contient en suspension des matières solides. 13.- Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le fluide ajouté contient du gaz de hautfourneau.