Brevet FR2671173A3 — publié le 19920703

FR 2671173 A3 19920703 FR 9016273 A 19901226 La présente invention a trait à la récupération de l'énergie thermique des fumées émises par un four de réchauffage, notamment de produits métallurgiques, afin de préchauffer l'air de combustion utilisé dans ce four. On sait que dans les installations métallurgiques, notamment sidérurgiques, des fours de réchauffage des produits doivent être disposés entre les systèmes de coulée continue du métal liquide et les dispositifs de laminage à chaud des produits : brames, blooms ou billettes. Les fumées produites dans le four de réchauffage sont évacuées dans un récupérateur de chaleur où elles réchauffent de l'air froid. Cet air réchauffé est ensuite injecté dans le four de réchauffage pour y être utilisé comme air de combustion alimentant les brûleurs. Or, les fumées contiennent du soufre qui, au dessous d'une température déterminée, variable selon la nature des fumées et de l'ordre de 70-130"C, se combine avec la vapeur d'eau et se condense pour former de l'acide sulfurique. Celui-ci se dépose sur les parois des tubes du récupérateur à l'intérieur desquels circule l'air à réchauffer, dans les zones où ces tubes sont encore froids. Ceci provoque la dégradation des tubes par corrosion acide. Ce risque de corrosion est favorisé par - une température ambiante basse (automne, hiver) - une température des fumées à l'entrée du récupérateur basse (par exemple inférieure à 700"C) - des débits de fumées faibles par rapport au débit d'air (par exemple inférieurs à 60 % du débit nominal du récupérateur). Dans le cas de récupérateurs performants, afin de réduire ces risques de corrosion, on peut être conduit, suivant le régime de marche, à diminuer leur capacité de récupération. Ceci est réalisé en limitant la proportion de l'air de combustion qui passe effectivement par le récupérateur. Dans ces conditions le rendement thermique du récupérateur reste médiocre, une grande partie de l'énergie thermique des fumees étant en fait perdue. L'invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif permettant d'éliminer cet inconvénient, en autorisant le réchauffag-e préalable de la totalité de l'air de combustion injecté dans le four. Suivant le procédé visé par l'invention, on préchauffe l'air de combustion froid avant son entrée dans le récupérateur. Ce chauffage est réglé de manière à maintenir la température de la paroi extérieure des tubes du récupérateur dans lesquels- circule l'air à réchauffer au-dessus de la température de rosée de l'acide sulfurique, afin d'empêcher tout risque de condensation des fumées. A cette fin, il suffit de réchauffer l'air de 30 à 60 C. Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend un récupérateur des fumées du four, pourvu de conduits d'introduction des fumées, celles-ci se trouvant au contact de tubes dans lesquels circule de l'air froid de combustion à réchauffer. Conformément à l'invention, ce dispositif comprend des moyens de réchauffage de l'air froid de combustion avant son entrée dans les tubes du récupérateur. Ces moyens de préchauffage comprennent avantageusement un brûleur monté sur chaque conduit d'entrée d'air froid dans le récupérateur. L'invention sera maintenant décrite en référence aux dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 est un schéma montrant le circuit des fumées et de l'air de combustion entre un four métallurgique de préchauffage de brames et son récupérateur. La figure 2 est une vue en élévation schématique d'une forme de réalisation industrielle du dispositif récupérateur de l'énergie thermique des fumées visé par l'invention. Le schéma de principe de la figure 1 montre un four métallurgique 1 de réchauffage de brames avant leur laminage à chaud, un récupérateur 2 des fumées évacuées du four 1 par un conduit 3 et un circuit 4 d'injection dans les brûleurs du four 1 d'air de combustion préalablement réchauffé dans le récupérateur 2. Des moyens 5 de préchauffage de l'air froid avant son entrée dans le récupérateur 2 sont associés à ce dernier et insérés sur une conduite 6 d'introduction de l'air froid dans le récupérateur 2. Le dispositif récupérateur 2 comprend, dans la réalisation représentée à la figure 2, deux récupérateurs (2a,2b) proprement dits, raccordés chacun, de manière connue en soi, à une conduite respective (6a,6b) d'aspiration d'air froid par un ventilateur terminal (13a,13b). Les conduites (6a,6b) sont raccordées entre elles en formant une conduite unique 6 et se terminent par des tronçons (7a,7b) d'introduction de l'air froid dans les récupérateurs correspondants (2a,2b). A l'intérieur des récupérateurs (2a,2b), l'air initialement froid circule à l'intérieur de tubes métalliques non représentés. A la sortie des récupérateurs (2a,2b), ces tubes sont raccordés à une conduite 9 d'évacuation de l'air de combustion désormais chaud, qui communique avec la conduite 4 d'injection de l'air de combustion dans les brûleurs du four 1. A l'intérieur des récupérateurs (2a,2b) et autour des tubes renfermant l'air de combustion à réchauffer circulent, à contre-courant de l'air de combustion, des fumées provenant du four 1. Elles sont introduites, chaudes, par des conduites (3a,3b) et ressortent, froides, par des conduites (8a,8b), après avoir transmis leur énergie thermique à l'air de combustion circulant dans les tubes. Le circuit est complété, comme sur les installations habituellement utilisées, par un conduit 10 dé derivation reliant directement la conduite d'entrée 6a à la conduite de sortie 9. Le conduit 10 est muni d'un élément obturateur réglable 11 (papillon) permettant d'admettre éventuellement une fraction de l'air comburant directement dans la conduite de sortie 9, sans passage par les récupérateurs (2a,2b). Chaque conduite (6a,6b) est équipée d'un brûleur (12a,12b) placé entre le ventilateur (13a,13b) et les sections (7a,7b) de raccordement aux récupérateurs (2a,2b). Afin d'éviter tout risque de condensation d'acide sulfurique à l'extérieur des tubes dans les deux récupérateurs (2a,2b), les brûleurs (12a,12b) sont réglés de façon à préchauffer l'air comburant en faisant passer sa température par exemple de 30 à 60"C. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la température des tubes à l'entrée des récupérateurs (2a,2b) sera alors de 1300C environ, la température de l'air chaud dans la conduite de sortie 9 et la conduite d'introduction de l'air de combustion dans les brûleurs de 600"C environ, pour une température des fumées à leur entrée dans le récupérateur de 740"C, et une obturation complète de la conduite 10 par le papillon 11. Habituellement, pour limiter l'usure par corrosion des tubes des échangeurs, on est contraint d'ouvrir le papillon 11 de manière à limiter la quantité d'air passant par les échangeurs (2a,2b), ce qui entraîne l'obtention d'une température de 400"C environ seulement pour l'air de combustion dans la conduite 4. Dans les conditions- de l'invention, aucune condensation d'acide sulfurique et donc aucune corrosion des parois externes des tubes métalliques renfermant l'air de combustion ne peut se produire dans les récupérateurs (2a,2b), la température minimale de la paroi externe de ces tubes demeurant très supérieure à la température de rosée de l'acide sulfurique (70 à 1300C selon la nature des fumées). Le préchauffage de l'air comburant aspiré dans les conduites (6a,6b) avant son entrée dans les récupérateurs (2a,2b) permet ainsi d'augmenter considérablement les possibilités d'utilisation des récupérateurs (2a,2b) et d'optimiser le fonctionnement des brûleurs du four qui reçoivent de l'air de combustion plus chaud que dans les installations antérieures. Ces améliorations sont obtenues avec une très faible consommation d'énergie dans les brûleurs de préchauffage (12a,12b), en regard du surcroît d'énergie thermique récupérée à partir des fumées chaudes issues du four 1. Les brûleurs peuvent être remplacés par tout autre moyen de réchauffage adapté. Ils peuvent également être pilotés par une mesure de la température de la paroi externe des tubes du récupérateur, en n'étant mis en service que lorsque cette température descend ou risque de descendre en dessous du seuil de formation d'acide sulfurique à partir des fumées. Comme on aura pu s'en rendre compte, la mise en oeuvre de l'invention permet d'améliorer la consommation spécifique de l'ensemble fonctionnel four de réchauffage-récupérateur en éliminant tout risque de corrosion acide. Dans l'exemple de mise en oeuvre qui vient d'être vu, un air de combustion à 600"C dans la conduite 9, au lieu de 400"C dans les installations utilisées jusqu'à présent, réalise dans les conditions vues précédemment un gain de 7 thermies par tonne d'acier. Bien entendu, l'invention est applicable de manière générale à tout récupérateur métallique risquant une corrosion en cas-de température trop basse de ses parois, par condensation d'acide. REVENDICATIONS 1) Procédé de récupération de l'énergie thermique des fumées pour chauffer l'air de combustion dans un four (1) de réchauffage, notamment -de produits métallurgiques, dans lequel on communique dans un récupérateur (2) l'énergie thermique des fumées issue du dit four (1) à un courant d'air de combustion initialement froid aspiré dans ce récupérateur, et on injecte cet air de combustion réchauffé dans les brûleurs du four de réchauffage, caractérisé en ce qu'on préchauffe l'air de combustion avant son entrée dans le récupérateur (2). 2) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant au moins un récupérateur (2) de l'énergie thermique des fumées d'un four métallurgique (1) de réchauffage de brames, ce récupérateur étant pourvu de tubes dans lesquels circule de l'air de combustion à réchauffer, destiné aux brûleurs dudit four (1), lesdits tubes étant alimentés en air froid par au moins une conduite (6), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (5) de préchauffage de l'air froid de combustion avant son entrée dans les tubes du récupérateur (2). 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de préchauffage comprennent au moins un bruleur (12a,12b) monté sur chaque conduite (6a,6b) alimentant en air froid chaque récupérateur (2a,2b).