Système de combustion du four de cuisson et familles de brûleurs

Trois modèles différents de brûleurs à haute pression à pétrole lourd sont disponibles, les modèles 300L, 400L et 500L.  Ce sont trois générations différentes de brûleurs. Ils exigent tous de l'air haute pression pour fracturer le pétrole dans de très petites gouttelettes, ce qui assure une combustion plus efficace.  Les brûleurs sont également conçus pour obtenir la flamme plus petite et plus courte souhaitée qui est conservée dans l'orifice du brûleur empêchant la chaleur de rayonnement d'atteindre les boulettes.

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Challenge

L'énergie requise pour brûler les boulettes dans le four de durcissement provient de deux sources.  La composition des boulettes fournit une grande partie du carburant avec l'addition de carbone dans le matériau des boulettes ou la réaction exothermique provenant du changement de phase du minerai dans le processus de cuisson (par exemple avec du minerai de magnétite).

Dans le processus à four direct, la deuxième source de chaleur provient du combustible fossile injecté à travers des brûleurs situés dans des ports sur les deux côtés du four.  Le carburant peut prendre différentes formes, mais les plus courantes sont le carburant liquide (pétrole léger ou plus souvent du mazout lourd) ou du carburant gazeux (gaz naturel ou gaz CO provenant d'autres procédés de fabrication d'acier).

Métal 7 s'est concentré sur l'utilisation du mazout lourd, ce qui a tout d'abord été logique, étant donné que toutes les usines de bouletage canadiennes fonctionnaient avec ce carburant.   

À la fin des années 80, la seule technologie de combustion et de brûleur disponible pour les fours à grille direct utilisant du carburant liquide étaient les brûleurs à atomisation à basse pression.  D'autres avaient essayé des brûleurs à atomisation haute pression mais ils n'avaient pas réussi.

Les brûleurs à basse pression ne sont pas efficaces du tout.  Ils ont besoin d'un grand volume d'air pour leur fonctionnement.  L'air refroidit le tube extérieur du brûleur.  Il atomise le pétrole dans le four et forme la flamme.  On affirme que l'air est également nécessaire à des fins de combustion, mais il pourrait être remis en question puisque le four de durcissement fonctionne en excès d'air et d'oxygène.

L'air alimenté aux brûleurs est de l'air froid.  Consommer un volume important de cet air a un impact négatif sur la consommation d'énergie du four, il faut un volume important d'énergie pour chauffer cet air froid.

De plus, les brûleurs à basse pression ne pulvérisent pas le pétrole de manière satisfaisante.  Il reste sous forme de grandes gouttelettes et il est fréquent de voir l'huile non brûlée atteindre le sommet de la couche de boulettes, dégradant leur qualité dans les couches supérieures.

La forme de la flamme des brûleurs à basse pression est également terrible.  Elle n'est pas stable.  Elle est longue et large.  Avec cette technologie, il est fréquent de voir une grande partie de la flamme qui sort du port du brûleur.  Ce n'est pas bien.  Il est nécessaire de garder la flamme loin de la couche de boulettes.  Les boulettes doivent être cuites avec des gaz chauds, par la chaleur de convection et non par la chaleur rayonnante émanant de la flamme.

La flamme large et longue a également un effet néfaste sur le matériau réfractaire dans les ports du brûleur et les parois du four / plafond.  L'apparition de points chauds sur le four créés par les dommages du réfractaire est une cause importante d'arrêt du four et de la ligne de bouletage.  Des arrêts à froid sont nécessaires pour la réparation du réfractaire, causant une perte importante de production.

Métal 7 a orienté ses recherches dans le développement de nouveaux brûleurs à pétrole qui répondent à tous les défauts présents chez les brûleurs à basse pression.

Solution

Sa première génération de brûleurs a été introduite par Métal 7 en 1989, les brûleurs à haute pression modèle 300L.  Grâce à cette technologie de combustion / brûleur et au modèle 400 suivant, l'entreprise est devenue le leader des brûleurs à haute pression pour un processus de durcissement à four direct.  La plupart des usines de bouletage utilisant du pétrole comme combustible ont été converties les anciens brûleurs à basse pression aux brûleurs à haute pression de Métal 7.

En 2016, Métal 7 innove de nouveau dans le lancement de son brûleur modèle 500L qui est de nouveau une modernisation des générations précédentes et consomme encore moins d'air pour son fonctionnement.

Les caractéristiques de la technologie des brûleurs de Métal 7:

a- Nous utilisons de l'air comprimé pour l'atomisation, ce qui transforme le pétrole en gouttelettes très fines.  C'est la technologie de pointe pour maximiser la combustion efficace avec moins de quantité de pétrole consommée par tonne de boulettes;

b- Réduction de la consommation d'air froid en atomisant le carburant et en refroidissant le brûleur.  C'est l'une des principales contributions de la technologie Métal 7 pour brûleurs.  Plus la quantité d'air froid est élevée dans le four, plus le processus de cuisson des boulettes est efficace.  La réduction de la consommation d'air est également la principale différence entre les modèles 300L et 400L et entre 400L et 500L.

c - Il fait exactement ce que les brûleurs devraient faire. Il produit une flamme courte et étroite qui chauffe l'air provenant des déversoirs pour l'amener à la température requise pour le processus de cuisson.  Les boulettes ne sont pas exposées à la flamme.  La forme de la flamme est également optimisée pour protéger le réfractaire dans le port du brûleur et le four;

d - Conception de la buse autonettoyante.  La cokéfaction du pétrole sur la pointe du brûleur est fréquente avec les autres technologies.  Cela a été abordé par notre conception.  En outre, la conception de la buse prévient le colmatage ou le retour du pétrole dans la ligne d'air;

e - Taux de variation du débit de 7:1 ou plus qui nous permet d'utiliser un seul modèle de buse pour chaque zone du four.  En outre, le rapport pourrait être augmenté davantage en utilisant un système de contrôle air / pétrole comme celui fourni par Métal 7.

f - Les brûleurs s'adaptent à toutes les installations existantes.  Outre le traitement de l'air comprimé au brûleur, la conversion en technologie de combustion / brûleur de Métal 7 ne nécessite pas de modification sur les ports du four ou du brûleur.  De plus, le design est très flexible et adapté aux exigences de votre four.  Il serait adapté à vos besoins en énergie et au diamètre et à la longueur requise de la flamme;

g - L'expertise de Métal 7 en ingénierie de matériaux et de surfaces a contribué au développement de la sélection des matériaux les plus résistants à la chaleur pour la fabrication de toutes les pièces importantes. 

Le groupe d'ingénierie de Métal 7 soutient son client dans la mise en œuvre de la nouvelle technologie.  Ils proposent également des panneaux de soupapes de commande offrant une régulation supplémentaire du rapport air / carburant pour optimiser la combustion et l'efficacité énergétique dans tous les modes de fonctionnement.  Le contrôle amélioré fourni par les panneaux donne des avantages supplémentaires en augmentant, par exemple, le taux de variation du débit des brûleurs.

Benefit

A- Économies d'énergie de pétrole et / ou augmentation de la productivité du durcissement

En fonction de la technologie des brûleurs existants dans l'usine et de la génération de brûleurs Métal 7 sélectionnés par le client, des économies de plus de 12% de consommation de pétrole sont réalisables.   Le retour sur investissement serait très rapide et plus encore, sachant que la technologie du brûleur de Métal 7 peut être adaptée sans modification majeure sur le port du brûleur ou l'équipement du four;

Le gain en efficacité de combustion / du brûleur pourrait également être utilisé pour stimuler la production dans le four, ceci en supposant que l'autre département de l'usine de bouletage pourrait produire plus de boulettes vertes et que le marché du client pourrait absorber la production supplémentaire.  Dans ce cas, le gain serait beaucoup plus élevé compte tenu du coût marginal de production inférieur pour les tonnes supplémentaires de boulettes. 

B- Meilleure qualité des boulettes

Un meilleur allumage des boulettes avec une technologie de combustion plus appropriée signifie une amélioration des propriétés physiques et métallurgiques moyennes des boulettes.  Cela est particulièrement vrai pour la couche supérieure de boulettes et elles ne sont pas exposées à la chaleur de rayonnement de la flamme ou au pétrole non brûlé;

C- Diminution des émissions de CO2 et de NOx

Une consommation d'huile inférieure par tonne de boulettes et une meilleure répartition de la chaleur améliorent les émissions de CO.  Il est encore plus applicable au nouveau brûleur modèle 500L;

D- Disponibilité plus élevée du four

Une meilleure forme de flamme et le meilleur contrôle de combustion empêchent les dommages au réfractaire et la création de points chauds sur les ports du brûleur ou les parois du four. 

Les brûleurs nécessitent un faible entretien.  Ils ne sont pas soumis aux colmatages, à la cokéfaction de la buse et au retour du pétrole dans la ligne d'air.

Par conséquent, la conversion à la technologie de combustion / au brûleur Métal 7 a un impact positif sur la disponibilité du four de durcissement.  Il s'agit d'une production supérieure de boulettes par an.

Une étude menée pour l'évaluation de l'économie réalisée par la conversion aux brûleurs 500L pour un bouletage spécifique a démontré les avantages suivants:

- Diminution des émissions de CO2:  5 500 T / an;

- Réduction de la consommation d'énergie:  496 MJ / H (ou une économie de US $ 725 000 par an pour cette usine);

- Total des économies annuelles combinant économies d'énergie et augmentation de la productivité du four:  Plus de US $ 2,9 M / an.

Dans cet exemple, le retour sur investissement serait de quelques mois ...