Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
3~
L'invention concerne un procédé de séchage
et/ou préchauffage par entraînement et/ou fluidisation de
charbon à cokéfier au moyen d'un gaz caloporteur neutre ou
réducteur partiellement recyclé et maintenu a une tempéra-
ture appropriée de l'ordre de 250 à 650C, dans lequel on
introduit le charbon à sécher et/ou préchauffer dans une
enceinte de séchage et/ou préchauffage au moyen d'un dispo-
sitif d'introduction à débit connu et/ou règlable. L'inven-
tion concerne également une installation pour la mise en
oeuvre du procédé.
La quasi-totalité du coke sidérurgique est fabri-
quée dans les fours à cocke traditionnels où la charge
est portée aux environs de 1000C. Le refroidissement du
coke au défournement est très généralement réalisé par
arrosage massif d'eau dans une tour d'extinction. La chaleur
sensible du coke ainsi perdue représente de 40 à 45 % de la
chaleur mise en jeu pour chauffer les fours à coke qui est de
550 à 600 thermies par tonne de charbon sec enfourné. C'est le
poste des pertes de chaleur le plus important dans le bilan
thermique de la cokéfaction. On a songé depuis longtemps à
récupérer la chaleur sensible du coke au moyen d'une extinc-
tion par voie sèche dont le principe est le suivant. Le coke
chaud est refroidi par circulation de gaz inertes en cycle
fermé, par contact direct~ La chaleur sensible récupérée par
les gaz est utilisée pour fabriquer de la vapeur.
Mais on reproche en général aux procédés d'extinction
à sec de fournir de la vapeur dont on n'a généralement pas
l'usage~ L'emploi de cette chaleur dans la cokerie même
serait évidemment bien préférable à la mise en place de
turbines permettant la fabrication d'électricité. Le pré-
chauffage du charbon pourrait en être une application, comme
il a déjà été décrit dans le brevet DE 453 464, et plus récem-
ment dans le brevet FR 2 173 997 et ses équivalents DE
2 304 541 et US 3 843 458 et 3 728 23~ qui proposent d'utili-
ser pour le séchage du charbon un gaz chauffé dans unéchangeur de chaleur par du gaz d'extinction, lorsque ce der-
nier a déj~ fourni une partie de sa chaleur à un générateur
`~
.
-
de vapeur.
Dans le brevet DE 453 464, l'échange thermique
n'est qu'imparfait. Dans l'autre procédé précité on a recher-
ché à isoler les deux circuits d'extinction et de gaz
caloporteurs par un ensemble d'échangeurs complexes gaz-gaZ
et gaz-liquide, en apportant la chaleur au charbon à deux
stades distincts de séchage et de chauffage et en intro-
duisant des condenseurs de vapeur d'eau. Mais, alors, si
on met en contact du charbon déjà séché avec des gaz à plus
de 350C, on va le dégrader.
Le but de l'invention est d'éviter ces inconvé-
nients et de proposer un nouveau procédé et une installa-
tion pour sa mise en oeuvre qui permettent d'obtenir une
bonne régulation de la température du gaz caloporteur et
une bonne utilisation de la chaleur sensible des fumées
d'extinction à sec du coke, tout en évitant l'introduction
dans les fumées d'extinction de vapeur d'eau susceptible
de gazéifier le coke. Un autre but de l'invention est de
garantir en toutes circonstances l'apport de chaleur en
quantité nécessaire au gaz caloporteur, c'est-à-dire au
charbon à sécher et/ou préchauffer, tout en ayant une possi-
bilité d'utilisation de la chaleur en excédent par rapport
à cette quantité nécessaire, notamment si celle-ci est
faible ou nulle par suite d'arrêt volontaire ou accidentel
du sécheur et/ou préchauffeur. Un autre but est, encore, de
pouvoir, à tout instant, désolidariser les deux installa-
tions d'extinction et de séchage et/ou préchauffage pour les
affranchir chacune ~es pannes survenant à l'autre.
Ces buts sont atteints, selon l'invention,
dans un procédé du type rappelé au début, par le fait qu'on
utilise, pour le réchauffage du gaz caloporteur au moins
une fraction non encore refroidie des fumées d'extinction
à sec du coke chaud défourné et on procède à l'échange ther-
mique entre gaz caloporteur et fumées d'extinction à sec
du coke chaud à travers une paroi d'échange thermique
d'échangeur thermique.
Il est avantageux que le débit de fumees
d'extinction qu'on introduit dans l'échangeur thermique soit
asservi au débit du dispositif d'introduction du charbon
à sécher et/ou prechauffer dans l'enceinte de séchage et/ou
préchauffage.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses
de l'invention la fraction des fumées d'extinction utilisée
au chauffage du gaz caloporteur et la fraction non utilisée
sont utilisées a la production de chaleur par échange
thermique, et une partie de la chaleur nécessaire au séchage
et/ou prechauffage du charbon est apportée compl~mentairement
par une chambre de combustion dont le débit calorique est
asservi a la température mesurée dans l'enceinte de séchage
et/ou préchauffage.
Par les moyens précédents, qui sont tres
simples, on voit qu'on evite le montage d'appareillages
compliqués et qu'on s'affranchit des problemes de condensa-
tion d'eau, car il nlest pas genant, qu'à la limite, le
caloporteur ne soit plus que de la vapeur d'eau, alors que
ce serait dommageable si c'étaient les fumées d'extinction
recyclées qui en contenaient.
Les buts de l'invention sont également atteints
par une installation de séchage et/ou préchauffage de charbon
à cokéfier combinée, en une installati~n uniaue, avec une
installation d'extinction à sec de coke chaud défourné
comportant :
- une enceinte de séchage et/ou préchauffage par entraine-
ment et/ou fluidisation,
- des moyens d'introduction dans ladite enceinte d'un gaz
caloporteur à débit sensiblement constant servant également
de fluide d'entra;nement et/ou fluidisation du charbon à
sécher et d'entrainement du charbon séché et/ou préchauffé,
- des moyens de recyclage d'une partie au moins du gaz
caloporteur,
- des moy,ens d'introduction dans l'enceinte à débit connu
et/ou règlable du charbon ~ y sécher et/ou préchauffer,
~ ~6~38~
- une chambre d'extinction à sec de coke avec un circuit
d'utilisation thermique et de recyclage des gaz d'extinction,
par le fait qu'elle comporte :
- un échangeur thermique dans lequel le gaz caloporteur
est chauffé à travers une paroi d'échange thermique par
les fumées d'extinction directement amenées d'une chambre
d'extinction à sec de coke chaud défourné par une canalisa-
tion d'entrée et récupérées par une canalisation de
sortie.
Il est conforme a l'invention que :
- les canalisations d'entrée et de sortie des fumées de
l'échangeur thermique soient réunies par une dérivation,
- un jeu de vannes permette de règler la répartition du
débit des fumées d'extinction en deux fractions respecti-
vement entre l'échangeur et la dériva-tion,
- des moyens soient prévus pour asservir le débit de la
fraction de fumées d'extinction traversant l'échangeur
au débit du dispositif d'introduction du charbon dans
l'enceinte.
Selon d'autres caractéristiques la canali-
sation commune réunissant la canalisation de sortie des
fumées de l'échangeur et la dérivation amene les fumées
a un autre appareil d'utilisation thermique, les moyens
d'introduction du gaz caloporteur dans l'enceinte de séchage
et/ou préchauffage comportent en outre, une chambre de
combustion interposée entre la canalisation de sortie du
gaz caloporteur de l'échangeur et les moyens d'introduction
du gaz caloporteur dans l'enceinte de séchage et/ou pré-
chauffage.
Dans une installation dans laquelle l'enceinte
de séchage et/ou préchauffage comprend des moyens de
mesure de la température, il est avantageux que la chambre
de combustion comporte des moyens de régulation de débit
calorique asservis aux moyens de mesure de la température
dans l'enceinte de séchage et/ou préchauffage, ou ~ sa sortie,
comme il est connu en so:i.
D'autres caractéristiques et avantages ressor-
.
1.~
. ..
1 lB~3~
tiront de la description, qui sera donnée ci-apres unique-
ment à titre d'exemple, d'un mode de réalisation de
l'invention. On se reportera à cet effet au dessin unique
annexé qui représente le schéma d'une installation conforme
à l'invention.
Une installation de traitement préalable de
charbon à cokéfier comprend un broyeur préchauffeur 1
de broyage et préchauffage en lit fluidisé. Ce broyeur-
préchauffeur 1 comprend une encein~e de fluidisa~ion 2 à
l'intérieur de laquelle tourne un broyeur à marteaux 3.
Le gaz de fluidisation et d2chauffage pour la fluidisation
et le préchauffage du charbon est produit en partie dans
une chambre de combustion 4 par combustion de gaz amené
à son brûleur 5 par une canalisation 6 avec de llair pulsé
par un ventilateur 7. En outre, les fumées provenant du
traitement préalable du charbon sont recyclées à travers
un échangeur thermique 13 et une conduite 14, dans la
chambre de combustion par un ventilateur 8. L'échangeur 13
est d'un type a échange thermique a travers une paroi de
séparation, par exemple des tubes ou un serpentin, évitant
toute communication entre les deux circuits gazeux qui
doivent échanger de la chaleur. Les gaz chauds provenant
de l'échangeur thermique 13 et de la chambre de combustion 4
sont amenés, a travers un venturi 10, a une canalisation
verticale 9 de transport pneumatique et de préséchage, dans
laquelle débouche, d'une vis transporteuse 11, le charbon
stoc]cé dans une trémie 12. La canalisation verticale 9
débouche comme il est connu en soi, dans l'enceinte 2 de
fluidisation et de broyage et préchauffage. Du sommet de
l'enceinte 2 part une conduite 15 de transport pneumatique
du charbon broyé et préchauffé par le gaz de fluidisation
agissant a nouveau comme vecteur gazeux de transport. La
conduite 15 amene le gaz vecteur et le charbon transporté
a une batterie de cyclones 16 au vortex 17 du dernier ou
du dernier groupe desquels est raccordee une canalisation
18 servant a collecter les yaz qui sont ensuite répartis
`:J
1 tB1~8~
entre une conduite d'extraction 19 et une conduite de recy
clage 20, a~ant un étranglement de mesure de débit 28 et
raccordée au ventilateur 8. Aux pointes 21 des c~clones 16,
on recueille le charbon préchauffé prêt à etre enfourné
dans un four à coke, ce pour quoi il est amené par un ensem-
ble transporteur 22 à une trémie a charbon chaud 23.
On a, d'autre part, une installation d'extinc-
tion à sec du coke chaud defourne, dont llappareil princi-
pal est une chambre d'extinction à sec 30, de type connu,
qui comprend une prechambre 31, constituant sas d'introduc-
tion du coke à éteindre et qu'on introduit par une ouver-
ture 32. De la préchambre 31, le coke descend dans la
chambre de refroidissement 33 qui constitue échangeur
thermique entre le solide chaud constitué par le coke et
des fumées neutres ou réductrices amenées à la chambre de
refroidissement 33 par un ventilateur 34 et une canali-
sation 35 et évacuées vers l'utilisation thermique de
leur chaleur sensible par une canalisation 36. Les gaz et
la vapeur libérés, par le coke dans la préchambre 31,
sont extraits par une conduite d'extraction 37. Le coke
refroidi est extrait en 38. Les fumées neutres ou réductri-
ces sont utilisées en circuit fermé de la canalisation 36
au ventilateur 34. A la sortie d'un séparateur de poussières
39, une canalisation 40 conduit ces fumées à l'échangeur
13 à travers une canalisation 41, 42 dont le débit est
contrôlé par une vanne 43 ou un jeu de vannes. En amont
de la vanne 43, la conduite 41, 42 est bouclée par une
canalisation de dérivation 44 qui peut comporter une vanne
45 contribuant avec la vanne 43 à règler la répartition des
débits de fumées chaudes entre l'échangeur 13 et la cana-
lisation 44. A leur jonction les canalisations 42 et 44
débouchent dans une conduite 45 d'amenée à une chaudière
46, à la sortie de laquelle les fumées d'extinction, main-
tenant froides, sont ramenées au ventilateur 34 à travers
un dépoussiéreur 47 et la canalisation 48. On voit la
très grande simplicité de l'installation combinée, l'ex-
clusion de tout risque de perturbation l'une par l'autre
,~
3~3~
des deux installations de base, la simplicité de l~ur
désaccouplement par la simple fermeture de la vanne 43.
L'installation de l'invention comporte encore
des dispositifs de régulation.
Elle comporte, comme il est connu en soi, un
circuit de régulation R2 assurant la combustion stoechio-
métrique au br~leur 5. L'installation a également un
circuit de régulation Rl du débit de gaz à la conduite 6
pour asservir le débit calorique d'appoint à la température
mesurée dans l'enceinte 2, ou à sa sortie, par une sonde
thermométrique 24. Le débit de gaz caloporteur recyclé
est règlé à la sortie de l'échangeur 13 par vannes 25
et/ou 26 asservies à la pression au vortex 17 par un circuit
de régulation R3.
Enfin, et conformément à une particularité
préférée de l'invention, la répartition du débit des
fumées d'extinction chaudes entre l'échangeur 41 et la
dérivation 44 est assurée par la vanne 43 dont la commande
en débit règlable est asservie, par un circuit de régulation
R4, au débit de la vis d'alimentation 11 en charbon du
sécheur et/ou pr~chauffeur 1.
Pour une unité d'extinction 30 de 56 t/h de
coke refroidi de 1.000C à 220C, la quantité de vapeur
produite est de 26,1 t/h ayant comme caractéristiques :
25 440C, 40 kg/cm2. La quantité de chaleur récupérée est de
l'ordre de 325 thermies par tonne de coke, ou encore
240 thermies par tonne de charbon sec. Pour une unité de
préchauffage à 200C, on estime qu'il faut 210 à 240 th/t
de coke. A 260C, il faut environ 300 th/t de coke. Le
bilan thermique est donc favorable au procédé selon l'inven-
tion. Pour une unité d'extinction à sec de 56 t~h, le
débit de fumées est de 90.000 m N/h à une temperature de
750 à 800C. On pourra donc associer une installation
d'extinction de 56 t/h de coke et un préchauffeur de 80 t/h
de charbon humide.
~`~! ..
8 6
Dans ]'insta]lation décrite on pourra prendre
comme température de consigne à la sonde thermométrique
24~ la température de 260C.
La température de préchauffage sera donc main-
tenue à 260C avec une bonne finesse par action automatiquesur le débit de gaz au brûleur 5 de la chambre de
combustion 4. Le circuit de régulation R2 ajustera en
conséquence le débit d'air pour que la combustion reste
stoechiométrique. La vitesse des gaz dans l'enceinte 2
de préchauffage sera maintenue constante en agissant sur
le débit de fumées neutres recyclées dans la chambre de
combustion, par le circuit R3, qui maintient constante la
perte de charge des cyclones secondaires en jouant sur le
débit de fumees recyclées. Le débit de charbon est règlé
à une valeur constante, choisie entre la 1/2 capacité et
la capacité nominale. Si l'on modifie volontairement le
débit de charbon, ou si l'humidité du charbon est variable,
la température de préchauffage et la vitesse des gaz
sont maintenues automatiquement à leur valeur de consigne
comme on vient de l'exposer. La conduite de l'appareil
est donc extrêmement souple.
Des remarques complémentaires peuvent être
faites pour montrer d'autres avantages de l'invention.
Le dépoussiérage final des fumées d'exhaure sera grandement
facilité. En effet, la quantité de fumées rejetées à l'at-
mosphère sera sensiblement équivalente au volume de vapeur
d'eau provenant de l'humidité du charbon, c'est-à-dire
9.000 m3 N/h pour une unité de 80 t/h de capacité.Dans la
version classique du préchauffeur, le volume de fumées reje-
tées à l'atmosphère est de 25.000 m3 N/h. Il faut noter
également que les fumées de préchauffage du charbon, à partir
du moment où l'équilibre sera atteint, contiendront essen-
tiellement de la vapeur d'eau, provenant de l'humidité
du charbon. Les fumées d'exhaure pourraient donc éventuel-
lement être condensées, ce qui permettrait de supprimer
1 16138B
les rejets à l'atmosphere.Quant aux fumées d'ex~tinctions
à sec, elles peuvent encore produire environ 2 ~/h de
vapeur en cédant leur chaleur sensible résiduelle dans
la chaudière 46.
