Brevet FR2543666A1 — publié le 19841005

Procédé de chauffage d'air de traitement dans des buts industriels La présente invention se rapporte à un procédé de chauffage d'air de traitement, à une température pouvant être prédéterminée, dans des buts industriels. La consommation de gaz de traitement, en particulier de l'air à haute température, est considérable dans de nombreux procédés industriels Les méthodes conventionnelles de chauffage d' importantes quantités de gaz, comme l'utilisation d'échangeurs de chaleur, nécessitent des investissements trop importants et la combustion de combus- tibles fossiles comme le charbon, le coke, le gaz naturel, le mazout et autres est par conséquent devenue plus usuelle ces dernières années Tant dl un point de -vue écologique que technique, une telle combustion pose des Yroblèmes Du point de vue écologique, principalement du fait des impuretés de soufre ainsi libérées, qui ont pour résultat une acidification et des dépôts de fumée et de suie, et du point de vue technique parce que le soufre n'est pas permis dans certains procédés comme divers procédés de fabrication du fer et de l'acier Il y a également l'aspect prix, car le prix des combustibles fossiles a excessivement augmenté. Les problèmes ci-dessus ont bien entendu attiré de nombreux experts dans ce domaine Un certain nombre de méthodes ont également été développées dans la fabrication de l'acier pour augmenter la température du gaz du gueulard dans un haut fourneau avec pour objet l'augmentation de la production et en même temps la réduction de la consommation de coke Dans cette méthode connue, le gaz du gueulard est totalement ou partiellement conduit à travers un plasma, produit dans un générateur de plasma d'un type connu, à l'aide d'un arc électrique L'avantage d'un générateur de plasma réside dans son degré élevé d'efficacité, atteignant presque 90 %, et dans le fait que l'on peut obtenir une température extrêmement élevée, habituellement supérieure à 30000 C. Dans un plasma produit dans un générateur de plasma, un certain nombre d'atomes et de molécules sont ionisés, et ces particules ionisées sont extrêmement réactives Cependant, quand un écoulement d'air de plasma gazeux passe à des conditions normales à une plus basse température, on obtient des oxydes d'azote ainsi que de l'azote et de l'oxygène Comme on le sait, les oxydes d'azote sont extrêmement toxiques et provoquent la formation d'acide nitrique qui peut détruire l'équipement de traitement. Avec la méthode précédemment connue de chauffage de l'air du gueulard pour un haut fourneau, la formation d'oxydes d'azote n'a pas été prise en considération, car le plasma gazeux produit est soufflé directement dans le haut fourneau quand les oxydes d'azote sont automatiquement désintégrés pendant le passage à travers la charge dans le haut fourneau. La présente invention a pour objet l'élimination des inconvénients cidessus mentionnés, en procurant un procédé de chauffage d'air de traitement, sans que l'air de traitement ne soit contaminé et sans la formation ci- dessus mentionnée d'oxydes d'azote, et qui ait également pour résultat un chauffage à meilleur marché en comparaison à un chauffage conventionnel au moyen de combustibles fossiles. Cela est obtenu, selon l'invention, avec la méthode décrite dans l'introduction, principalement par le fait qu'un écoulement de gaz ne contenant ni azote libre ni oxygène libre, est forcé à traverser un générateur de plasma et y est chauffé à une haute température et que le plasma gazeux ainsi formé est mélangé à un écoulement d'air de traitementen des proportions telles qu'une température soit atteinte, qui peut être prédéterminée, dans l'écoulement gazeux résultant. L'écoulement gazeux chauffé dans le générateur de plasma se compose de préférence de vapeur d'eau De façon assez surprenante, on a trouvé qu'il ne se formait pas d'oxyde d'azote, même dans la zone de mélange lorsque le plasma gazeux chaud produit par la vapeur est mélangé à l'air. Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, la vapeur utilisée dans le générateur de plasma est produite, totalement ou partiellement, à l'aide des pertes d'eau de refroidissement du générateur de plasma. L'invention sera mieux décrite ci-après en se référant aux dessins joints -montrant certaines applications de l'invention, à titre d'exemple, sur les dessins - La Figure 1 montre une vue schématique d'un moyen selon l'invention, La Figure 2 montre une vue schématique d'une installation de nodulisation avec une grille de convoyeur pourvue du moyen pour produire l'air chaud proposé selon l'invention; et La Figure 3 montre une vue en coupe faite suivant la ligne IIM-III à travers le moyen selon la Figure 2. La Figure 1 montre ainsi schématiquement un générateur Ce plasma désigné en 1 Le générateur de plasma 1 est pourvu d'un conduit d'alimentation 2 d'un écoulement de gaz à chauffer, consistant de préférence en vapeur d'eau. Lors du passage par l'arc électrique produit dans le générateur de plasma, le gaz atteint l'état de plasma et il se forme un "plasma gazeux" Immédiatement après le générateur de plasma, en regardant dans la direction de l'écoulement, se trouve une tuyère 3 refroidie à l'eau avec des lances 4 pour l'alimentation en toute matière supplémentaire Le volume de l'air à chauffer est ajouté au plasma gazeux à température extrêmement élevée, immédiatement après la tuyère, cela étant fait par une entrée 7 conduisant à ce qui peut être appelé une zone de mélange ou de réaction 8. Les piècesenmétal du générateur de plasma sont refroidies à l'eau, et environ 15 %O de la puissance d'entrée du générateur de plasma s'échappent sous forme de pertes dans l'eau de refroidissement En construisant le générateur de plasma de façon à pouvoir élever la pression et la température, l'eau de refroidissement peut être utilisée pour la production de vapeur dans un échangeur de 2543666, chaleur La pression de la vapeur à faire passer par le générateur de plasma doit de préférence être de 3 à 4 bars, donnant une température d'environ 120 QC, et les canaux de refroidissement du générateur de plasma doivent ainsi être construits pour permettre au moins ces conditions, ce qui ne pose aucun problème. La Figure 2 montre l'utilisation de l'invention dans une installation de nodulisation avec une grille de - convoyeur Dans l'installation de nodulisation montrée ici, une bande de convoyeur sans fin Il comprenant un grand nombre de chariots 12 reliés ensemble et se déplaçant sur des rails Les chariots sont destinés au transport des concentrés agglomérés de minerai de fer "granules", à travers un four 13 Les granules sont emmenés continuellement aux chariots 12 par un tamis à rouleaux 14 Les chariots 12 passent par deux zones de séchage 15, 16, une zone de préchauffage 17, une zone d'agglomération 18 avec deux zones de post-agglomération 18 a, 18 b et deux zones de refroidissement 19, 20 dans l'ordre mentionné Les fonds de ces chariots 12 permettent le passage de l'air et peuvent avoir la forme de grillés ou de mailles - L'air de refroidissement d'une autre partie du procédé peut être utilisé comme air de traitement pour l'installation de nodulisation L'air est fourni par un ventilateur de-refroidissement 21, auquel cas il est d'abord soufflé dans les zones de refroidissement 19, 20 Une petite quantité d'air traverse la dernière zone de refroidissement , est amenée, par un ventilateur 22 séchant l'air, à la première zone de séchage 15 pour s'écouler, vers le haut, à travers la couche de granules dans les chariots, et à travers un ventilateur d'échappement 23 vers une cheminée 24. La plus grande partie de l'air attiré est conduite vers le haut, dans un tuyau ou abat-vent 25, et ensuite il redescend à travers des canaux 25 a, 25 b vers des br leurs 26, 27 agencés dans la zone de préchauffage 17 et la zone d'agglomération 18, respectivement Une distribution appropriée peut être effectuée par quatre paires de brûleurs 2543666. dans la zone de préchauffage et sept paires de brûleurs dans la zone d'agglomération. Une petite quantité de l'air de refroidissement est obligée de descendre à travers les chariots dans la zone de post-agglomération 18 b, de façon que le processus d'agglomération soit accompli même dans les couches les plus basses des granules dans les chariots. Un ventilateur de récupération 28 est agencé en- dessous des zones d'agglomération 18 a, 18 b, l'air étant alors amené, par un tuyau 29, à la seconde zone de séchage et ensuite, après passage à travers les chariots remplis de granules, il est soufflé vers l'extérieur à travers la cheminée en même temps que l'air provenant de la zone d'agglomération. Quand on utilise le procédé selon l'invention dans une telle installation de nodulisation, six des paires de brûleurs dans la zone d'agglomération sont de préférence remplacées par les générateurs de plasma conçus selon la Figure 1 Le chauffage nécessaire de l'air est ainsi obtenu sans formation d'oxydes d'azote. Le volume de l'air d'atomisation normalement utilisé pour les brûleurs à mazout est suffisant pour une utilisation dans les générateurs de plasma selon l'invention. Aucune autre conversion du procédé, comme une installation de ventilateurs compresseurs supplémentaires n'est par conséquent requise si l'air de traitement pour l'installation de nodulisation est chauffé à la façon proposée selon l'invention La seule chose requise est l'installation des brûleurs à plasma selon l'invention, avec leur équipement électrique et accessoires, ainsi que la connexion à une source de vapeur d'eau ou autre gaz. La Figure 3 montre une vue en coupe transversale faite à travers le-moyen de la Figure 2, suivant la ligne III-III à travers la zone d'agglomération On peut voir ici que les chariots 12 se déplacent, par des roues 31, sur des rails 32 L'air chauffé à 900 'C descend de l'abat- vent 25, par les canaux 25 a et 25 b jusqu'à la région des brûleurs 2543666. o il est chauffé, il entre dans la zone du four 33 et descend à travers les chariots remplis de granules La Figure 3 montre l'agencement utilisant le générateur de plasma selon la Figure 1 La fonction de l'installation deviendra plus claire en se référant à l'exemple décrit ci-après. Il faut observer que l'application de l'invention décrite ici représente seulement l'une des nombreuses applications techniques que l'on peut réaliser grâce au fait que le problème de la formation des oxydes d'azote a été résolu de façon satisfaisante. L'invention sera mieux illustrée par un exemple en se référant à l'installation de nodulisation montrée schématiquement sur les Figures 2 et 3. EXEMPLE La production de l'installation de nodulisation est supposée être de 420 tonnes de granules/heure L'air utilisé précédemment dans le procédé, ayant une température d'environ 9000 C, est utilisé initialement Comme on le sait, il faut une température d'environ 1300 'C pour le procédé réel d'agglomération Cependant, les granules qui entrent peuvent ne pas être soumis à une augmentation brusque de la température jusqu'à 13000 C Le moyen est ainsi conçu, comme cela est clair par la description détaillée qui précède, afin d'utiliser de l'air de séchage à une température d'environ 2500 C dans une première zone de séchage, la température de l'air étant graduellement accrue dans des zones de pré- chauffage Des zones de post-chauffage sont agencées après la zone d'agglomération, donc même les granules les plus bas ont le temps de s'agglomérer C'est donc dans la zone réelle d'agglomération qu'il faut remplacer les brûleurs à mazout précédents par les générateurs de plasma proposés selon 1 ' invention. La puissance nécessaire pour la capacité de production mentionnée est de 39 MW, correspondant à 3,4 tonnes de mazout/heure pour chauffer environ 70 000 Nm 3 air/ heure. L'installation du four à convoyeur dans l'exemple 2543666, a onze paires de brûleurs, sept d'entre eux dans la zone d'agglomération Dans cette application de l'invention, les six dernières paires de brûleurs sont de préférence remplacées par six générateurs de plasma connectés par paires. Le volume de gaz traversant les générateurs de plasma pour produire le plasma gazeux ne constitue généralement qu'environ 10 % du volume de l'air de traitement finalement utilisé pour l'agglomération La température de départ de cet écoulement gazeux n'est par conséquent pas critique. Une condition pour un développement réussi du traitement dans des installations nécessitant de si importantes somnes d'investissement comme installation de nodulisation réside évidemment dans le fait que toute amélioration peut être obtenue avec l'interruption minimum de l'équipement existant Cette condition est remplie dans le cas présent o les unités formant brûleurs à mazout ont seulement à être remplacées par des générateurs de plasma avec un équipement électrique pour l'alimentation en courant et certains accessoires mineurs. L'énergie requise pour les générateurs de plasma et les brûleurs à mazout est sensiblement équivalente Cependant, l'efficacité des brûleurs à plasma est plus importante que celle des brûleurs à mazout Cependant, le facteur important est le suivant le combustible fossile dont le prix augmente extrêmement rapidement, peut, selon l'invention, être remplacé par l'électricité qui est considérablement moins chère. 2543666 ', REVENDICATIONS 1/ Procédé de chauffage d'air de traitement, à une tempé- rature pouvant être prédéterminée, dans des buts industriels, caractérisé en ce qu'un écoulement de gaz ne contenant ni azote libre, ni oxygène libre, est obligé de traverser un générateur ( 1) de plasma et y est chauffé à une haute tempé- rature et en ce que le plasma gazeux ainsi formé est mélangé à un écoulement de l'air de traitement en des proportions telles que l'on obtienne une température pouvant être pré- déterminée, dans l'écoulement gazeux résultant. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écoulement de gaz chauffé dans le générateur de plasma se compose de vapeur d'eau. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vapeur à chauffer dans le générateur ( 1), de plasma, est totalement ou partiellement produite à l'aide des pertes d'eau de refroidissement du générateur ( 1) de plasma. 4/ Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le plasma gazeux produit dans le générateur ( 1) de plasma est mélangé à l'écoulement d'air de traitement immédiatement après le générateur ( 1) de plasma. / Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'écoulement gazeux chauffé dans le générateur de plasma constitue nviron 10 % de l'écoulement d'air de traitement.