Brevet FR2458592A1 — publié le 19810102

La présente invention concerne un dispositif complexe d'aiguil- lage des gaz et notamment de ceux captés au bec des convertisseurs d'a- ciérie ou en provenance d'installations similaires. Les gaz captés au bec des convertisseurs d'aciérie sont à haute température et chargés en poussières. S'ils sont captés sans combustion, ou avec seulement une combustion partielle de l'oxyde de carbone qu'ils con- tiennent, ils possèdent un certain pouvoir calorifique. Il peut donc être intéressant de les récupérer, puis de les utiliser comme combustible ou comme gaz réducteurs. Après qutils soient passés successivement dans la hotte de capta- ge, la cheminée de refroidissement, le saturateur, le laveur et le venti- lateur de tirage, ces gaz refroidis, mais encore chauds, sont saturés en vapeur d2eau et contiennent des gouttelettes d'eau. Après leur passage dans le ventilateur de tirage, ces gaz peu- vent avoir deux destinations: - soit être évacués à l'atmosphère au moyen d'une cheminée se terminant par une torchère, dans laquelle l'oxyde de carbone est brûlé en gaz car- bonique, - soit être dirigés vers un gazomètre de stockage et un réseau de dis- tribution. L'orientation des gaz tantôt sur l'une, tant8t sur l'autre de ces deux voies, nécessite un dispositif d'aiguillage spécial, assurant une bonne sécurité de fonctionnement dans des conditions rendues diffi- ciles par les gros débits de gaz et par la nature de ces gaz encore chauds bien que refroidis, encore chargés de poussières bien que dépoussiérés, pouvant être saturés en vapeur d'eau et contenant des gouttelettes d'eau. On connaît déjà divers types de tels dispositifs. Mais ils sont généralement encombrants; leur manoeuvre est lente, et la perte de char- ge qu'ils provoquent dans le circuit des gaz est élevée. Le but de la présente invention est de réaliser un dispositif d'aiguillage très compact, se manoeuvrant rapidement, et dont la perte de charge créée dans le circuit est faible et reste constante en toute position de l'élément mobile. Un autre but de l'invention est de réali- ser une élimination des gouttelettes d'eau contenues dans les gaz. A cet effet, la présente invention a pour objet un ensemble d'aiguillage d'un gaz pouvant être chaud, chargé de poussières, saturé en vapeur d'eau et contenant des gouttelettes d'eau, permettant à la fois de faire débiter le flux gazeux qu'il recoit tangentiellement et horizontale- ment du réseau de captage du gaz soit dans une première conduite vertica- le dirigée vers le haut, soit dans une deuxième conduite verticale diri- gée vers le bas, d'éliminer les gouttelettes d'eau et par voie de consé- quence une partie des poussières, et d'assurer simultanément une étan- chéité vers celle de ces deux conduites qui est momentanément non ali- mentée en gaz, cet ensemble étant caractérisé en ce qu'il comprend un corps fixe contenant une cloche mobile capable de constituer un joint d'eau assurant l'étanchéité alternativement vers chacune des deux con- duites verticales précitées, et en ce que ledit corps fixe, de forme spé- ciale, coopère avec ladite cloche pour constituer un cyclone éliminant les gouttelettes d'eau et une partie des poussières contenues dans le gaz à l'entrée du corps. En position basse, la cloche repose dans un joint d'eau fixe qui assure l'étanchéité entre le réseau de captage du gaz et le réseau d'utilisation, tandis que le gaz s'évacue dans la partie supérieure du corps et se dirige vers une torchère pour y être brûlé. En position haute, une jupe métallique fixée sur le corps de la cloche et constituant un joint d'eau mobile avec la cloche-assure, par simple application contre une partie fixe adaptée, l'étanchéité entre le réseau de captage du gaz et le réseau conduisant à la torchère, tandis que le gaz s'évacue dans la partie inférieure du corps et se dirige vers le réseau d'utilisation et son gazomètre. Selon une option possible de la présente invention, la jupe mé- tallique fixée sur le corps de la cloche précédemment citée peut être remplacée par un dispositif d'étanchéité dit du type à joint sec consti- tué par une couronne conique solidaire de la cloche assurant une étan- chéité entre le réseau de captage du gaz et le réseau conduisant à la torchère, par simple application de ladite couronne conique contre une partie fixe adaptée. Un arrosage intermittent au-dessus du joint sec per- met un lavage régulier de ce dernier et maintient la propreté de la zone nécessaire à la bonne étanchéité. Selon une autre option possible de la présente invention, un château d'eau placé sous le siège de la cloche en position basse alimen- te par gravité un joint hydraulique de sécurité situé au-dessous de lui, lequel joint assure une étanchéité rapide et efficace entre l'ensemble d'aiguillage et le réseau d'utilisation. La réduction du temps de consti- tution du joint hydraulique sera obtenue en agissant sur la section du passage de l'eau entre le château d'eau et le joint hydraulique ou/et en agissant sur la pression régnant dans le château d'eau. Il est recomman- dé que la constitution de ce joint hydraulique de sécurité soit commandée de manière automatique en cas d'incident, notamment lors de la détection d'une inversion de la circulation du gaz dans le réseau d'utilisation. Selon une autre option possible de la présente invention, l'en- semble d'aiguillage peut avantageusement être muni d'un dispositif d'é- quilibrage des pressions gazeuses entre l'amont et l'aval du joint hy- draulique de sécurité, constitué d'un clapet à eau anti-retour fonction- nant dans les deux sens de surpression ou de dépression accidentelle en- tre l'aval de l'ensemble d'aiguillage et le réseau d'utilisation. Selon une autre option possible de la présente invention, l'en- semble d'aiguillage des gaz selon l'invention comporte à sa partie infé- rieure une hélice dont le moyeu sert de guidage inférieur à la tige de manoeuvre de la cloche, et dont les pales, par la mise en rotation du gaz, contribuent à la séparation de l'eau vésiculaire contenue dans le gaz. L'invention a aussi pour objet une méthode de fonctionnement de l'ensemble d'aiguillage des gaz précédemment défini, caractérisée en ce que la descente de la cloche, commandée mécaniquement, respecte un cycle de vitesses tel que la descente est rapide, c'est-à-dire que la vitesse est comprise entre 18 et 60 mètres par minute, avant que la cloche pren- ne contact avec le joint d'eau fixe, et tel que la descente est lente, c'est-à-dire que la vitesse est comprise entre 1 et 6 mètres par minute, à partir du moment o la cloche pénètre dans le joint d'eau fixe, et ré- ciproquement en ce qui concerne la montée de la cloche. Comme on le comprend, l'un des principaux avantages de l'en- semble d'aiguillage'des gaz selon l'invention est d'être très compact et, ainsi de s'intégrer facilement dans le schéma général d'une aciérie, même existante ou à transformer, tout en permettant néanmoins le passage de très gros débits de gaz. Un autre avantage du dispositif selon l'invention et aussi de sa méthode de fonctionnement est de permettre une manoeuvre rapide c la clo- che entre ses positions haute et basse. Ce temps de manoeuvre peut être par exemple de l'ordre de 5 secondes. Un autre avantage du dispositif selon l'invention est que la perte de charge qu'il crée dans le circuit d'écoulement des gaz est fai- ble. Un avantage supplémentaire est que cette perte de charge reste pra- tiquement constante quelle que soit la position de la cloche (haute, in- termédiaire, ou basse). L'intégration de la vanne dans l'installation n'a pas d'incidence sur le processus de captation. Un autre avantage essentiel et original du dispositif selon l'invention est qu'il assure, en même temps que l'aiguillage du gaz vers la torchère ou vers le gazomètre, l'élimination de la quasi-totalité des gouttelettes d'eau, et d'une bonne partie des poussières, contenues dans le gaz, grâce à sa configuration de cyclone. Un autre avantage de ce dispositif est qu'il réalise rapide- ment un joint d'eau positif avec garde hydraulique donc parfaitement étanche (soit vers le haut, soit vers le bas) et de forte hauteur, ce qui lui assure une bonne tenue aux surpressions accidentelles. Sa sécurité de fonctionnement en cas de panne des réseaux géné- raux (électricité ou air comprimé) est positive, car la cloche tombe alors de son propre poids en position de sécurité, c'est-à-dire en posi- tion d'isolement du gazomètre et de mise en communication avec la tor- chère. La position de la cloche et les sécurités peuvent être visua- lisées sans ambiguité. Le fonctionnement correct de cet ensemble d'aiguillage est pos- sible même avec du gaz sale, grâce à la conception et à la disposition des différents éléments constitutifs. Par ailleurs, il élimine l'eau vé- siculaire sale éventuellement contenue dans le gaz qui vient de traverser un ventilateur lavé. Le fonctionnement de ce dispositif est insensible au gel, une circulation d'eau étant assurée en permanence. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire ci- après, à-titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation selon l'invention d'un ensemble d'aiguillage des gaz d'un convertisseur d'a- ciérie captés sans combustion, c'est-à-dire pratiquement sans entrée pa- rasite d'air extérieur. La figure 1 est une coupe horizontale (selon AA sur la figure 2) de l'ensemble d'aiguillage au niveau de l'arrivée du gaz en provenance du convertisseur d'aciérie et du ventilateur extracteur. Elle montre l'entrée tangentielle et le corps cylindrique formant cyclone. La figure 2 est une coupe verticale de cet ensemble avec posi- tion basse de la cloche, c'est-à-dire mise en communication du gaz avec la torchère. t458592 La figure 3 est une coupe verticale de ce même ensemble, avec position haute de la cloche, c'est-à-dire mise en communication du gaz avec le gazomètre. La figure 4 est une coupe verticale de ce même ensemble lorsque, en cas d'accident, on isole hydrauliquement le départ de la conduite vers le gazomètre. La figure 5 est une coupe verticale d'un joint de sécurité com- portant une conduite d'arrivée des gaz plongeante et un départ par la pé- riphérie. La figure 6 est une coupe représentant la partie haute du corps fixe de l'ensemble d'aiguillage et sa cloche mobile dans le cas de l'op- tion du joint sec. Sur la figure 1, on voit que l'arrivée horizontale du gaz dans l'ensemble d'aiguillage s'effectue tangentiellement au corps fixe 1, le- quel forme avec la cloche mobile 2 un cyclone qui oriente le gaz vers le haut ou vers le bas par le déplacement de la cloche 2 et élimine l'eau vésiculaire. Sur la figure 2, la cloche 2 est en position basse. Elle repo- se dans un joint d'eau fixe 18 qui assure l'étanchéité entre le réseau de captage 8 et le réseau d'utilisation 9. Le gaz passe dans la partie supérieure du corps 1 et se dirige en 10 vers la torchère. La cloche mo- bile est manoeuvrée par le vérin 11. Sur la figure 3, la cloche 2 est en position haute. Une jupe 12 fixée sur la cloche 2 contenant un joint d'eau mobile 13 réalise par simple application contre une partie fixe adaptée 14 l'étanchéité entre le réseau de captage 8 et le circuit 10 vers la torchère. Le gaz passe dans la partie inférieure du corps 1 et se dirige vers le réseau d'uti- lisation 9 et son gazomètre, en traversant le séparateur d'eau vésicu- laire 3, l'eau ainsi récupérée étant évacuée par l'intermédiaire de la gouttière 16. Ledit séparateur d'eau vésiculaire 3 est essentiellement constitué par une hélice dont le moyeu sert de guidage inférieur à la tige de manoeuvre 1-ide la cloche 2. - Un château d'eau 4 placé sous la cloche 2 et autour du sépara- teur 3 peut alimenter par gravité et par l'intermédiaire d'une garde hy- draulique 7 un joint hydraulique 5 situé plus bas qui peut constituer, en cas de besoin, un isolement rapide et efficace entre l'ensemble d'ai- guillage et le réseau d'utilisation 9, comme représenté sur la figure 4. Sous ce joint hydraulique 5 est disposé un réservoir décanteur 6. Ce ré- servoir permet, lorsqu'on supprime le joint hydraulique 5, de renvoyer l'eau propre à l'aide d'une pompe k dans le château d'eau 4, et de ren- voyer les eaux boueuses ailleurs, en 17. Le fonctionnement de cet ensemble d'aiguillage est le suivant Fonctionnement hors récupération (fig. 2) La cloche 2 est en position basse. Le joint d'eau inférieur de la cloche est alimenté par a et une garde hydraulique b. Cette eau ainsi que l'eau vésiculaire séparée du gaz dans le corps 1 grâce à l'effet de cyclone s'évacue par l'intermédiaire de la garde hydraulique c en d. On vérifie le bon fonctionnement du joint hydraulique en d. L'eau du circuit est évacuée en 17. - Fonctionnement pendant la phase de récupération (Fig. 3) La cloche est en position haute, le joint hydraulique supérieur 13' de la cloche est alimenté par a et la garde hydraulique b. L'eau s'évacue par l'intermédiaire de la partie basse de la van- ne et de la garde hydraulique c. On vérifie le bon fonctionnement du joint d'eau en d. L'eau vésiculaire est séparée du gaz d'une part, dans le corps 1 grâce à l'effet cyclonique et évacuée en 17 par l'intermédiaire de la garde hydraulique d E4 d'autre part, par l'hélice 3 pour être collectée dans la gouttière 16 en e, puis évacuée en 17 par l'intermédiaire d'une garde hydraulique f. Le cycle de commande de descente et de montée de la cloche est décrit ciaprès - En fonctionnement normal, la récupération des gaz par le cir- cuit d'utilisation 9 commence avec un certain retard sur le début du souf- flage, et se termine avec une certaine avance sur la fin du soufflage. La commande de montée de la cloche est déclenchée soit manuellement par l'o- pérateur, soit automatiquement en séquence, étant donné par ailleurs qu'un verrouillage existe si toutes les conditions autorisant ce passage en ré- cupération ne sont pas réunies. - L'ordre de montée étant donné, la cloche quitte sa position basse pour atteindre rapidement le régime de grande vitesse dont la va- leur réglable est comprise/entre 18 et 60 m/mn. Le passage en petite vi- tesse 1 à 6 m/mn est automatiquement enclenché environ 300 mm avant la fin de la course. - La commande de descente de la cloche est ordonnée soit manuel- lement par l'opérateur soit automatiquement en séquence ou suite à un en- clenchement d'une sécurité au niveau du dispositif ou en amont ou en aval de ce dernier. - L'ordre de descente étant donné, la cloche quitte sa position haute pour atteindre rapidement le régime de grande vitesse dont la va- leur réglable est comprise entre 18 et 60 m/mn. Le passage en petite vi- tesse intervient automatiquement après pénétration de la cloche 2 dans la garde hydraulique 18. - Fonctionnement du joint d'eau inférieur (Fig. 4) En cas d'incident, le joint hydraulique inférieur 5 est consti- tué en ouvrant le système d'obturation g. Un évent h placé à la partie supérieure du château d'eau évite la mise en dépression de celui-ci. La surverse, lorsqu'elle est nécessaire, retourne à l'égout par le trop plein du réservoir j. Lorsqu'on veut casser le joint d'eau 5, l'eau est transférée dans le réservoir décanteur 6. L'eau propre est ensuite renvoyée dans le château d'eau 4 à l'aide de la pompe k, tandis que les eaux chargées sont évacuées en 17. Un dispositif de sécurité 25 évite des différences de pression importantes entre l'amont 27 et l'aval 19 du joint 5. - Dispositif de sécurité pour le bon fonctionnement du joint d'eau inférieur 5 (figure 5) La figure 5 représente une coupe verticale d'un dispositif d'é- quilibrage 25 des pressions gazeuses entre l'amont et l'aval du joint hy- draulique inférieur 5. C'est en fait un clapet anti-retour fonctionnant dans les deux sens de surpression ou de dépression accidentelle entre l'amont 27 et l'aval 19 du joint 5, afin d'amortir notablement les diffé- - rences de pression. accidentelles qui seraient susceptibles de chasser brutalement l'eau du joint hydraulique inférieur 5 si ce dispositif 25 n'existait pas. Ce dispositif d'équilibrage 25 est en communication d'une part avec l'amont du joint 5 par la conduite 27, d'autre part avec l'aval du joint 5, c'est-à-dire le réseau d'utilisation 9, par la conduite 19. - Joint sec (figure 6) (variante du joint hydraulique supérieur selon la figure 3). La figure 6 représente une variante, de type joint sec, du joint hydraulique supérieur 13 de la figure 3. Dans cette variante, la cloche 2 ne comporte plus la jupe mé- tallique 12 représentée sur la figure 3. Elle comporte sur sa face supé- rieure une couronne conique 24 qui vient s'appliquer contre l'extrémité inférieure de la conduite 28 alimentant le réseau 10 de la torchère. Il est nécessaire de maintenir cette couronne conique en très bon état de propreté, par un arrosage intermittent, mais fréquent. Dans ces condi- tions, l'étanchéité ainsi assurée par le joint sec est satisfaisante. Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et perfectionnements de déails, ain- si qu'envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1.- Ensemble d'aiguillage d'un gaz pouvant être chaud, chargé de poussières, saturé en vapeur d'eau, et pouvant contenir des gouttelet- tes d'eau, permettant à la fois de faire débiter le flux gazeux qu'il re- çoit tangentiellement et horizontalement du réseau de gaz amont soit dans une première conduite verticale dirigée vers le haut, soit dans une deu- xième conduite verticale dirigée vers le bas, d'éliminer les gouttelettes d'eau et une partie des poussières, et d'assurer simultanément une étan- chéité vers celle de ces deux conduites qui est momentanément non ali- mentée en gaz, cet ensemble étant caractérisé en ce qu'il comprend un corps fixe contenant une cloche mobile capable de constituer un joint d'eau assurant l'étanchéité alternativement vers chacune des deux con- duites verticales précitées, et en ce que ledit corps fixe, de forme spé- ciale, coopère avec ladite cloche pour constituer un cyclone éliminant les gouttelettes d'eau et une partie des poussières contenues dans le gaz à l'entrée du corps. 2.- Ensemble d'aiguillage selon la revendication 1, caracté- risé en ce que, en position basse, la cloche repose dans un joint d'eau fixe qui assure l'étanchéité entre le réseau de gaz amont et le réseau d'utilisation, tandis que le gaz s'évacue dans la partie supérieure du corps. 3.- Ensemble d'aiguillage selon la revendication 2, caracté- risé en ce que, en position haute, une jupe métallique fixée sur le corps de la cloche et constituant un joint d'eau mobile avec la cloche assure, par simple pénétration d'une partie fixe adaptée, l'étanchéité entre le réseau de gaz en amont et le réseau situé en aval de la partie supérieure du corps, tandis que le gaz s'évacue dans la partie infé- rieure du corps et se dirige vers le réseau d'utilisation. 4.- Ensemble d'aiguillage selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la cloche comporte une couronne conique qui, en position haute, vient appuyer sur un siège fixe, cet agencement constituant alors un joint sec assurant une étanchéité relative suffisante du c8té du réseau situé en aval de la partie supérieure du corps fixe. 5.- Ensemble d'aiguillage selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un château d'eau placé sous le siège de la cloche en position basse alimente par gravité un joint hy- draulique de sécurité de forte hauteur situé au-dessous de lui, lequel joint assure une étanchéité rapide et efficace entre l'ensemble d'ai- guillage et le réseau d'utilisation, même en cas de surpressions acciden- telles. 6.- Ensemble d'aiguillage selon la revendication 5 caractérisé - en ce que la constitution du joint hydraulique de sécurité est commandée de manière automatique en cas d'incident. 7.- Ensemble d'aiguillage selon la revendication 5, caractéri- sé en ce qu'une circulation d'eau est assurée en permanence, ce qui rend l'ensemble insensible au gel. 8.- Ensemble d'aiguillage selon l'une quelconque des revendica- tions 6 et 7, caractérisé par l'existence d'un dispositif d'équilibrage des pressions gazeuses entre l'amont et l'aval du joint hydraulique de sécurité, constitué d'un clapet à eau anti-retour fonctionnant dans les deux sens de surpression ou de dépression accidentelle. 9.- Ensemble d'aiguillage selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte à sa partie inférieure une hélice dont le moyeu sert de guidage inférieur à la tige de manoeu- vre de la cloche, et dont les pales, par la mise en rotation du gaz, contribuent à la séparation de l'eau vésiculaire contenue dans le gaz. 10.- Méthode de fonctionnement d'un ensemble d'aiguillage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la descente de la cloche, commandée mécaniquement, respecte un cycle de vitesses tel que la descente est rapide, c'est-à-dire que la vites- se est comprise entre 18 et 60 mètres par minute, avant que la cloche ait pris contact avec le joint d'eau fixe, et tel que la descente est lente, c'est-à-dire que la vitesse est comprise entre 1 et 6 mètres par minute, à partir du moment o la cloche a pénétré dans le joint d'eau fi- xe, et réciproquement en ce qui concerne la montée de la cloche.