Brevet FR2700837A1 — publié le 19940729

La présente invention concerne un procédé pour utiliser l'énergie contenue dans des gaz de hauts fourneaux à four à cuve, en particulier dans les gaz de hauts fourneaux d'un cubilot. En raison des propriétés pyrophoriques de la poussière contenue dans le gaz de hauts fourneaux à four à cuve, celui-ci est, soit nettoyé par voie humide dans un désinté- grateur ou dans un laveur à gaz venturi, soit brûlé comme gaz brut dans une chambre de combustion, de façon usuelle,10 directement ou après l'utilisation de la chaleur sensible, par exemple dans une machine à pluie de billes, pour engen- drer de l'air chaud ou de l'eau chaude Ainsi, on engendre, en particulier, de l'air chaud pour le fonctionnement du four à cuve Le gaz de hauts fourneaux brûlé peut ensuite15 être nettoyé par voie sèche, car la poussière n'est plus pyrophorique après la combustion La chaleur non utilisée pour la génération d'air chaud est évacuée, de façon usuelle avec le gaz d'échappement par l'intermédiaire de la chemi- née, dans l'atmosphère. Pour une meilleure utilisation de la chaleur, il est déjà connu de nettoyer le gaz de hauts fourneaux, comme décrit ci-dessus, et d'engendrer, en plus de la génération d'air chaud, du courant électrique pour le four à cuve dans une centrale thermique à vapeur montée à la suite Une telle25 utilisation est décrite, par exemple, dans l'article de E. Freuntsch et A Rudolph "Konzeption einer modernen Heisswind-Kupolofenanlage" de la revue Giesserei 76, 1989, n O 10/11, pages 328 à 335. Comme dans les cubilots de fonderies, on utilise des unités relativement petites, qui admettent, dans le meilleur des cas, des turbines d'environ 1,5 à 3 MW, ceci représente pourtant un procédé généralement trop coûteux pour être utilisé Dans des installations anciennes, il manque, également, souvent, de la place pour une telle utilisation coûteuse de la chaleur. Par conséquent, l'invention se fixe comme but de fournir un procédé économique, à volume restreint et de construction simple, pour lequel la chaleur contenue dans le gaz d'un four à cuve peut être utilisée économiquement et par lequel l'évacuation de la chaleur dans l'atmosphère est largement10 réduite. Selon l'invention, le procédé pour utiliser l'énergie contenue dans des gaz de hauts fourneaux à four à cuve est caractérisé par les étapes suivantes: a) après la sortie du four à cuve, le gaz de hauts fourneaux15 est prénettoyé par voie humide et refroidi dans un laveur à gaz; b) le gaz de hauts fourneaux prétraité est amené, par l'intermédiaire d'un séparateur de gouttes, dans un filtre fin anti- poussière; c) avant l'entrée dans le filtre fin anti-poussière, on mélange au gaz de hauts fourneaux prétraité un courant de gaz partiel, qui est constitué de gaz de hauts fourneaux, nettoyé de la poussière et dérivé du courant de gaz de hauts fourneaux après la sortie du filtre fin anti- poussière, et qui chauffe le gaz de hauts fourneaux à nettoyer au-dessus du point de condensation; d) le courant de gaz partiel dérivé est réchauffé dans un récupérateur avant d'être mélangé; e) le mélange de gaz réchauffé est nettoyé de la poussière dans le filtre fin anti- poussière; et f) le mélange de gaz nettoyé de la poussière est amené dans une turbine à gaz, après la sortie du filtre fin anti- poussière. De façon avantageuse, un courant de gaz partiel du gaz d'échappement est dérivé après la sortie de la turbine à gaz et est amené dans le récupérateur. Conformément à l'invention, le gaz sortant du four à cuve est, tout d'abord, prénettoyé par voie humide et est refroi- di, dans un laveur à gaz Le traitement par voie humide sert à supprimer les propriétés pyrophoriques de la poussière Le refroidissement est nécessaire, afin que le filtre fin anti-poussière, qui doit par la suite être traversé, ne soit10 pas endommagé par la chaleur du gaz Ensuite, le gaz de hauts fourneaux ainsi prétraité est guidé, par l'intermé- diaire d'un séparateur de gouttes, vers un filtre fin anti-poussière Avant l'entrée dans le filtre fin anti- poussière, on mélange au gaz prétraité un courant de gaz15 partiel, qui est constitué de gaz de hauts fourneaux, nettoyé de la poussière et dérivé du courant de gaz de hauts fourneaux après la sortie du filtre fin anti-poussière, et qui, après un préchauffage par le gaz d'échappement de la turbine, chauffe le gaz de hauts fourneaux à nettoyer20 au-dessus du point de condensation Le séchage du gaz de hauts fourneaux, obtenu de cette façon, est nécessaire car, sinon, les particules de poussière du gaz de hauts fourneaux encore humides s'accumuleraient sur le filtre fin anti- poussière et, ainsi, le boucheraient Le gaz de hauts25 fourneaux, ainsi prétraité et chauffé, est ensuite nettoyé de la poussière dans le filtre fin anti-poussière, et est finalement guidé dans une turbine à gaz pour une autre utilisation. La dérivation du courant de gaz partiel, du courant de gaz de hauts fourneaux nettoyé de la poussière, est effectuée, selon l'invention, après la sortie du courant de gaz de hauts fourneaux du filtre fin anti-poussière et avant son entrée dans la turbine à gaz. Selon une autre réalisation de l'invention, un courant de gaz partiel du gaz de la turbine peut être dérivé à la sortie de la turbine à gaz, pour préchauffer le mélange de gaz finement nettoyé, avant l'entrée dans la turbine à gaz. Afin de pouvoir chauffer le gaz de hauts fourneaux au-dessus du point de condensation, le courant de gaz partiel dérivé est chauffé, dans un récupérateur, avant d'être mélangé. Ceci peut être effectué, conformément à l'invention, par l'utilisation de la chaleur d'échappement de la turbine à10 gaz, à partir d'une partie du gaz d'échappement de la turbine Toutefois, il peut par exemple également être avantageux, dans certains cas, de chauffer le récupérateur par un moyen extérieur. Afin que la chaleur stockée dans le gaz d'échappement de la turbine à gaz puisse être utilisée de façon optimale, conformément à l'invention, une partie du gaz d'échappement est utilisée, après son utilisation pour réchauffer le courant de gaz partiel dérivé dans le récupérateur, pour préchauffer l'air du four à cuve. Si nécessaire, une autre partie du gaz d'échappement peut également être utilisée pour un préchauffement supplémen- taire du mélange de gaz prénettoyé, avant l'entrée dans la turbine à gaz. Conformément à l'invention, on emploie une turbine à gaz pour l'utilisation de la chaleur Celle-ci présente, avanta- geusement, une puissance supérieure à 2 MW et atteint déjà, dans cette zone de grandeur, un rendement d'à peu près 26 %. La quantité de gaz de hauts fourneaux peut être augmentée par l'utilisation de combustible additionnel de sorte30 qu'également pour de plus petits fours à cuve, en parti- culier des cubilots, une puissance de la turbine à gaz supérieure à 2 MW est obtenue Du combustible additionnel est de toute façon nécessaire, pour la mise en marche de l'installation complète, et pour la compensation de fluc- tuations de la quantité de gaz de hauts fourneaux. Le nettoyage de la poussière du gaz de hauts fourneaux, nécessaire pour cette utilisation, est effectué dans le filtre fin anti- poussière Selon une réalisation avantageuse de l'invention, ce filtre fin anti-poussière est constitué d'un filtre à manche recouvert d'agglomérés stratifiés. La figure unique du dessin annexé fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée Cette figure est un schéma synoptique du procédé conforme à l'invention, pour utiliser l'énergie contenue dans le gaz d'un cubilot. Le gaz de hauts fourneaux d'un cubilot 1, dans lequel on introduit un lit de fusion (minerai et fondants), tel que15 représenté par une flèche 100, est amené directement, ou pour des fours à petite cuve et des températures du gaz correspondantes élevées (jusqu'à 6000 C) après l'utilisation de la chaleur sensible, dans un simple laveur à gaz 2, en traversant un sac à poussière 101, dans lequel laveur à gaz20 on retire à la poussière présente dans le gaz ses propriétés pyrophoriques On obtient, simultanément, un prénettoyage du gaz dans le laveur à gaz 2. A cet effet, de l'eau fraîche amenée par une conduite 102 est introduite, par l'intermédiaire d'un séparateur de boue25 3, en courant contraire au gaz de hauts fourneaux, par l'intermédiaire de buses 4, dans le laveur à gaz 2 L'eau comportant des particules de poussière est évacuée par la zone inférieure du laveur à gaz 2 et est introduite dans le séparateur de boue 3, dans lequel la boue est séparée de30 l'eau La boue est éliminée par une conduite 103 et l'eau est de nouveau amenée dans le laveur à gaz 2. Le gaz de hauts fourneaux prétraité de cette manière est conduit, par l'intermédiaire d'un séparateur de gouttes 5, dans un filtre fin antipoussière 6 Avant l'entrée dans le filtre 6, on mélange au gaz de hauts fourneaux un courant de5 gaz partiel, qui est constitué de gaz de hauts fourneaux, nettoyé de la poussière et dérivé du courant du gaz de hauts fourneaux après la sortie du filtre fin anti-poussière 6, et qui chauffe le gaz de hauts fourneaux prétraité au-dessus de son point de condensation A cet effet, une augmentation de10 la température de 20- 300 C à environ 40-500 C est suffisante. Le mélange de gaz ainsi chauffé est finement nettoyé dans le filtre fin anti-poussière 6, à la pureté nécessaire pour une turbine à gaz (inférieure à 0,1 mg de poussière par m 3) A cet effet, on monte, dans le filtre 6, des sacs filtrants,15 recouverts d'agglomérés stratifiés en PTFE et garantissant la teneur extrêmement faible exigée en poussière dans le gaz Un nettoyage des sacs, nécessaire de temps à autre, peut être effectué par le procédé à jets par impulsions, par exemple avec du gaz naturel ou du gaz de turbine. Après que le mélange de gaz a été nettoyé dans le filtre fin antipoussière 6, il est conduit dans une turbine à gaz 7. Dans la turbine à gaz 7, le gaz de hauts fourneaux nettoyé est utilisé pour la génération d'énergie électrique Un courant partiel du gaz de hauts fourneaux nettoyé, sortant25 du filtre fin anti-poussière 6, est dérivé directement à la sortie 8 du filtre et est conduit, par l'intermédiaire d'un ventilateur 9, dans un récupérateur 10 Dans le récupérateur 10, le courant de gaz partiel est amené à la température nécessaire, pour réchauffer, après avoir été mélangé avec le gaz de hauts fourneaux prétraité, le mélange de gaz ainsi obtenu, au-dessus du point de condensation, avant l'entrée dans le filtre fin anti-poussière 6. Pour chauffer le récupérateur 10, on utilise lé gaz d'échap- pement chaud de la turbine à gaz 7, qui est évacué par une conduite 104 De plus, le gaz de la turbine sert à la génération d'air chaud pouvant être introduit, comme repré- senté par une flèche 105, dans le cubilot 1 qui, le cas échéant, a déjà été préchauffé à une première température par la chaleur sensible du gaz de hauts fourneaux du cubi- lot. REVENDICATIONS 1 Procédé pour utiliser l'énergie contenue dans des gaz de hauts fourneaux à four à cuve, caractérisé par les étapes suivantes a) après la sortie du four à cuve ( 1), le gaz de hauts fourneaux est prénettoyé par voie humide et refroidi dans un laveur à gaz ( 2); b) le gaz de hauts fourneaux prétraité est amené, par l'intermédiaire d'un séparateur de gouttes ( 5), dans un filtre fin anti-poussière ( 6); c) avant l'entrée dans le filtre fin anti-poussière ( 6), on mélange au gaz de hauts fourneaux prétraité un courant de gaz partiel, qui est constitué de gaz de hauts fourneaux, nettoyé de la poussière et dérivé du courant de gaz de hauts fourneaux après la sortie du filtre fin anti- poussière ( 6), et qui chauffe le gaz de hauts fourneaux à nettoyer audessus du point de condensation; d) le courant de gaz partiel dérivé est réchauffé dans un récupérateur ( 10) avant d'être mélangé; e) le mélange de gaz réchauffé est nettoyé de la poussière dans le filtre fin anti-poussière ( 6); et f) le mélange de gaz nettoyé de la poussière est amené dans une turbine à gaz ( 7), après la sortie du filtre fin anti-poussière ( 6). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un courant de gaz partiel du gaz d'échappement est dérivé après la sortie de la turbine à gaz et est amené dans le récupérateur ( 10). 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récupérateur ( 10) est chauffé par un moyen extérieur. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une partie du gaz d'échappement de la turbine à gaz ( 7), après son utilisation pour réchauffer le courant de gaz partiel dérivé dans le récupérateur ( 10), est5 utilisée pour préchauffer l'air du four à cuve. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une partie du gaz d'échappement de la turbine à gaz ( 7) est dérivée et est utilisée pour un préchauffement supplémentaire du mélange de gaz finement10 nettoyé, avant l'entrée dans la turbine à gaz ( 7). 6 Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le nettoyage fin du gaz de hauts fourneaux est effectué dans un filtre fin anti-poussière ( 6) réalisé sous forme d'un filtre à manche.