HAUT FOURNEAU CONSOMMANT 100 TONNES DE COKE PAR VINGT-QUATRE HEURES
Vent soufflé aux tuyères par kilogramme de coke 3 n *,500
— par seconde 4 ,050
Pression du vent en mètres de mercure m ,300 4
Gaz dégagé au gueulard par kilogramme de coke 4 m8 ,500
— nécessaire pour chauffer i m3 ,0 de vent à 800° ,400
— nécessaire par heure pour obtenir par seconde i m3 fi de vent soufflé aux tuyères à la pression de m ,30 de mercure (avec emploi de vapeur saturée dans la
machine motrice) i . 440 m8 ,000
Bilan par heure :
Gaz produit au gueulard xr = 18. 7o0
— perdu au chargement, 10 0/0 du gaz produit 1 . 875« 3
— consommé aux Cowper 36,5 0/0 du gaz produit : 0,4 X 4,76 X 3.608 6.844
— consommé aux chaudières, 24 0/0 du gaz produit... 4.536
Reste : 29 0/0 environ du gaz produit. 5.495 m>
Ces 5.500 mètres cubes de gaz seraient capables de produire
= 393 chevaux-heures effectifs.
Or le service des monte-charges, pompes, ..., absorbe 0,5 cheval effectif par tonne de coke ou 50 chevaux pour un haut fourneau de 100 tonnes. Il reste donc (disponibles 393 — 50 = 343 chevaux-heures effectifs ou 3,5 chevaux-heures effectifs par tonne de coke consommée par vingt-quatre heures.
18. Bilan d'un haut fourneau avec soufflantes à. vapeur quand on épure les gaz avant leur entrée aux Cowper. — On peut accroître cette puissance disponible en épurant le gaz avant de le brûler dans les récupérateurs ou sous les chaudières.
Admettons que les consommations correspondent aux coefficients suivants d'utilisation.
Pour 100
Consommation aux récupérateurs (*) 32
Consommation aux chaudières ( a ) 21
( l ) Gaz nécessaire pour chauffer 1 mètre cube de vent à 800% 0- 3 ,350.
( 8 ) Production de k >,833 du vapeur d'eau à 4 ou 5 kilogrammes de pression par mètre cube de gaz brûlé sous les chaudières ; rendement en vapeur égal à 45 0/0 pour la chaudière.
Le bilan horaire du haut fourneau de 100 tonnes est alors :
Gaz produit au gueulard 18.750 mètres cubes
Gaz perdu au chargement, 10 0/0 du gaz produit 1.875 mètres cubes
Gaz consommé aux Cowper, 32 0/0 du gaz produit : 0,35 X 4,76 X 3.600 6.000 —
Gaz consommé aux chaudières, 21 0/0 du gaz
produit 3.953 —
Total - 11-823 -
Resta : 37 0/0 du gaz produit 6.922 mètres cubes
Avec le nouveau chiffre de consommation admis pour les chaudières, la consommation horaire par cheval indiqué est
405 - y ' ' et la consommation horaire par cheval effectif est
Tj-jr = 12 mètres cubes environ.
Les 6.922 mètres cubes de gaz en excédent peuvent donc produire
— — = 577 chevaux-heures effectifs.
Si on compte 50 chevaux pour les. divers services du haut fourneau, il reste disponibles 577 -*■ 50 = 527 chevaux-heures effectifs,
ou 5,27 chevaux-heures effectifs par tonne de coke consommée en vingt-quatre heures.
On voit donc qu'en employant des chaudières et des machines à vapeur fonctionnant dans de très bonnes conditions de marche industrielle, la puissance disponible après le service du haut fourneau est au maximum de 5 chevaux environ par tonne de coke consommée par vingt-quatre heures.
Nous allons voir maintenant qu'en utilisant directement dans des moteurs convenables le gaz de haut fourneau, nous aurons une .puissance disponible environ 4 fois plus grande.
19. Rendement d'un haut fourneau considéré comme gazogène. — Les souffleries sont actionnées par des moteurs à gaz. — Si, en effet, on peut arriver à une épuration suffisante des gaz, il semble que le haut fourneau puisse être considéré comme un très bon gazogène. Mais il convient de ne pas attribuer au haut fourneau considéré comme. gazogène les valeurs de rendement de 57 0/0 et 75 0/0 indiquées par YElectrical Review.
On peut, de la manière suivante, calculer le rendement du haut fourneau de 100 tonnes considéré comme gazogène, et cela pour une marche pendant une heure et en supposant que la soufflerie soit actionnée -par un moteur à gaz.
La quantité de chaleur dégagée dans le haut fourneau se décompose en Chaleur dégagée par la combustion du coke :
Chaleur dégagée par le vent porté à 800° :
= 30.000.000 calories
0,237 X 800o X 3ma » 5 X *.»3 X 100000 = 3 555 ^ Quantité totale de chaleur dégagée dans
le haut fourneau 33.555.000 calories
Le haut fourneau fournit par kilogramme de coke 4 m3 ,500 d'un gaz dont le pouvoir calorifique est égal à 900 calories. En faisant briller à la température ordinaire le volume de gaz produit pendant une heure, il y aurait dégagement de
F-.B00X '100000 X9W = 16 . M1>666calorie8
Ce gaz sort du gueulard à une température de 150° environ; en se refroidissant jusqu'à la température ordinaire, il serait susceptible de dégager
m ■*/*« * mï i5 X 1,293X 100000 000 „ HA . .
0,237 X 150° X — ~%r ^ 888.750 calories
La quantité totale de chaleur qui est susceptible d'être dégagée par la combustion du volume de gaz produit en une heure ou le nombre total de calories disponibles par heure est:
™ l * » i-i i • -i- -ui u S 16.041.666 calories Nombre total de calories disponibles par heure... = < ftfift 7 „ n
. 16.930.416 calories
De ces calories disponibles, une partie est consommée par les fours à vent, une autre partie par les soufflantes actionnées par les moteurs à gaz.
Nous savons en effet que les Cowper consomment par heure 6.844 mètres cubes de gaz ; ils s'échauffent aux dépens de la chaleur dégagée par ce gaz, qui se refroidit de 150° à la température ordinaire et qui brûle à cette température.
En se refroidissant, le gaz dégage
6844 X 1,293X0,237 x 150 = 316.288 calories
En brûlant, il dégage 6.844 X 900 =-- 6.159.600 —
Quantité totale de chaleur absorbée parles Cowper ;
ou calories consommées aux Cowper = 6.475.888 calories
Nous verrons plus loin que les soufflantes à gaz consomment 1.300 mètres cubes de gaz par heure.
Ce volume de gaz produit en brûlant : 1.300 X 900 = 1.170.000 —
Nombre total des calories consommées aux
Cowper et aux soufflantes à gaz = 7.645.888 calories
Le nombre total des calories utilisables est donc par heure — ■ 16.930.416 — 7.645.888 = 9.284.528 calories.
Le rendement du haut fourneau considéré comme gazogène est donc
33^^ = 28 0/0 environ.
20. Rendement d'un haut fourneau considéré comme gazogène* — Les souffleries sont actionnées par des moteurs 4 vapeur. — Le rendement, que nous venons de calculer, est d'ailleurs bien supérieur à celui qui correspond à l'emploi de soufflantes à vapeur.
En effet, dans ce cas, le bilan précédent se transforme de la manière suivante.
Calories consommées aux Cowper = 6.475.888
Nous avons vu plus haut que les soufflantes à vapeur consomment 5.832 mètres cubes de gaz à l'heure. Les calories dégagées par le refroidissement et la combustion de ce volume de gaz sont :
5832 X 1,293 X 0,237 X 150 = 269.524 calories
Calories consommées par les chaudières = 5.518.324 calories
Nombre total de calories consommées aux Cowper
et aux chaudières = 11.994.212 calories
Calories utilisables = 16930416 — 11994212 = 4936204 calories. D , . 4936204 JXA/A
Rendement = ^^MM = 15 0/0 enViron -
Le rendement du haut fourneau gazogène fonctionnant avec des soufflantes à vapeur est donc moitié moindre de celui du même haut fourneau fonctionnant avec des soufflantes à gaz.
21. Bilan horaire d'un haut fourneau fonctionnant avec des soufflantes a gaz. — Reprenons le bilan horaire du haut fourneau de 100 tonnes que nous avons établi plus haut.
Le volume de gaz produit au gueulard est de 18.750 mètres cubes.
On compte 10 0/0 pour les pertes et 36,5 0/0 pour le gaz consommé aux Cowper. Il
reste donc inutilisés
18750 — [1875 + 6844] = 10031 mètres cubes.
Or, d'après les nombreux résultats d'expériences de MM. Thwaite, Hubert, Scott ( ! ), on peut admettre que, en alimentant un moteur à gaz avec du gaz de haut fourneau de pouvoir calorifique égal a 900 calories, on produit 1 cheval-heure indiqué avec une consommation de 3 mètres cubes et 1 cheval-heure effectif avec une consommation de 4 mètres cubes.
H) Thwaitb, 1894 [Expériences sur un moteur Acmé),
Thwaiti et H. Allin, The Blast Furnace as a Power Producer.
Ghiinir, Génie civil, 1898.
Hubert, Congrès international de Métallurgie tenu à Paris en 1900.
Scott, Engineering, 1903.
La consommation de 3 mètres cubes par cheval-heure indiqué correspond à un rendement thermique indiqué de
75x3600 sa o/o
La consommation de 4 mètres cubes par cheval-heure effectif correspond & un rendement thermique effectif de
D'autre part, comme nous l'avons vu plus haut, les soufflantes d'un haut fourneau de 100 tonnes doivent fournir aux tuyères par seconde 4 m3 ,05 d'air à une pression de 30 centimètres de mercure environ. En admettant un rendement de 50 0/0 entre le moteur et les tuyères, l'insufflation de ces 4 B,3 ,05 correspond à une puissance de 405 chevaux indiqués ou 325 chevaux effectifs, si 80 0/0 est le rendement mécanique du moteur.
Ces 325 chevaux effectifs que nécessite la commande des soufflantes produisent, quand cette commande est faite au moyen de moteurs à gaz, une consommation par heure de
325 X 4 = 1300 mètres cubes de gaz de haut fourneau. Le bilan horaire dun haut fourneau muni de soufflantes à gaz est donc le suivant.
Gaz produit au gueulard = 18.750 mètres cubes
— perdu au chargement = 1.875 mètres cubes
— consommé aux Cowper = 6.844 — «
— consommé dans les soufflantes à gaz.. . = 1.300 —
Total 10.019 —
Reste : 46,5 0/0 du gaz produit 8.731 mètres cubes
Si ces 8.731 mètres cubes de gaz sont employés dans des moteurs à gaz, ils sont susceptibles de produire
— — = 2.183 chevaux-heures effectifs environ.
Si on compte 50 chevaux effectifs pour le service des monte-charges, etc., on voit qu'il reste disponibles 2.133 chevaux-heures effectifs. On peut donc compter, pour un haut fourneau consommant 100 tonnes de coke, sur une puissance disponible de 2.000 chevaux ou sur une puissance disponible de 20 chevaux par tonne de coke consommée par vingtquatre heures.
22. Avantages économiques qui résultent de la substitution des moteurs à gaz aux moteurs à vapeur. — Transport d'énergie. — Prix du chevalheure. — De ces chiffres résulte l'intérêt que peut avoir le maitre de forges à remplacer ses machines h vapeur par des moteurs k gaz. En effet, d'une part, la surveillance et l'entretien seront diminués dans de notables proportions ; d'autre part, l'excédent de puissance permet de fonder des ateliers nouveaux, d'améliorer l'éclairage ou les moyens de transport, et même, si le prix du cheval-heure est peu élevé, de créer des transports de force permetr tant de distribuer l'énergie dans un rayon plus étendu et de ia vendre à un prix très rémunérateur. L'important est que le prix du cheval-heure soit assez minime pour permettre un amortissement certain et rapide de toute r installation. D'après M. de Mocomble, on peut donner les chiffres suivants pour une installation de 4 moteurs de 600 chevaux effectifs (un moteur de rechange) utilisant les 2.000 chevaux disponibles fournis par un haut fourneau de 100 tonnes.
Deux épurateurs conjugués 60.000 francs
Quatre moteurs de 600 chevaux effectifs 400.000 —
i Bâtiments 200.000 —
Coût total de l'installation 660.000 francs
Le compte d'exploitation peut s'établir de la façon suivante :
Amortissement en 10 ans de toute l'installation 66.000 francs
Intérêt du capital à 5 0/0 33.000 —
Graissage et fournitures diverses 20.000 —
Frais d'entretien et de surveillance 50.000 —
Frais d'exploitation 169.000 francs
On peut donc compter sur 170.000 francs de frais d'exploitation pour la production de 2.000 chevaux effectifs pendant toute une année. Le cheval-an revient donc à
""SÔÔÔ
et le cheval-heure à
= 85 francs
= 1 centime environ.
Ce prix de revient est assez avantageux pour que l'industriel réalise une telle installation.
28. Avantages économiques qui résultent de la substitution des moteurs à gaz aux moteurs à vapeur. — Services d'une aciérie. — Là où l'avantage de Temploi des moteurs à gaz se marque nettement est le cas suivant. Supposons que le haut fourneau soit installé près (Tune aciérie pour le service de laquelle on ait besoin d'une puissance de 1.300 à 2.000 chevaux effectifs.
Si le haut fourneau possède des soufflantes à gaz, l'emploi de moteurs à gaz* alimentés avec l'excès disponible du gaz produit permet de fournir cette puissance avec une dépense de O.fr. 01 par cheval-heure.
Supposons, au contraire, que Ton brûle sous des chaudières l'excédent de gaz de haut fourneau ; les 8.731 mètres cubes de cet excédent sont capables de produire
-77- = 624 chevaux effectifs.
Si on veut produire la' même puissance qu'avec les moteurs à gaz alimentés par ces 8.731 mètres cubes, il faut une installation supplémentaire de chaudières et de machines à vapeur d'une puissance de 2.000 chevaux. 11 est alors convenable d'installer deux moteurs de 1.000 chevaux.
Quel serait le coût de cette installation supplémentaire?
Pour l'évaluer, nous nous baserons sur un rapport présenté récemment par MM. Gœrich, Zuber et de Lacroix à la Société industrielle de Mulhouse. D'après ce rapport, le cheval-an, pour des moteurs h vapeur de 100 chevaux, reviendrait à 112 francs et lé cheval-heure à fr. 034, ce qui peut être considéré comme un minimum dans tous les cas. Mais il faut remarquer que les auteurs du rapport ont compté sur une marche annuelle de 3.300 heures, alors qu'ici nous devons admettre une marche continue. Pour que nos résultats soient comparables avec les résultats précédents obtenus avec des moteurs à gaz, nous admettrons une durée de marche de vingt-quatre heures pendant trois! cent soixante-cinq jours.
Dans ces conditions, nous aurons, en adoptant les mêmes coefficients que dans le rapport cité plus haut.
Installation de deux moteurs à vapeur de 1.000 chevaux,
y compris bâtiments, cheminée et tous accessoires. . . 500.000 francs Frais d'exploitation :
Consommation de houille comptée à 20 francs la tonne (0 k «,8 par cheval-heure effectif), soit par an
0,8 X 2.000 X 24 X 365 X 0,020 280.000 francs
Graissage 16.000 —
Chauffeurs 24.000 —
Entretien, réparations et fournitures diverses 40.000 —
Amortissement et intérêt (15 0/0) 75.000 —
Frais d'exploitation 435.000 francs
Le prix du cheval-an est donc de
qqqq = 217 fr. 5 ou approximativement 22a francs.
Le prix du cheval-heure revient à
2îfl65 = 0fr025envirOn -
Ainsi, dans le cas actuel, même en ne comptant pas les machines de rechange, on réalise par an une économie de
(220 — 85) 2000 = 370000 francs
en utilisant directement dans des moteurs à gaz l'excédent de gaz produit par le haut fourneau.
24. Avantages économiques qui résultent de la substitution des moteurs à gaz aux moteurs à vapeur. — Transformation d'une installation de moteurs à vapeur complètement amortie. — Supposons enfin (et c'est là un cas très fréquent) que Ton veuille transformer une installation déjà faite de chaudières et de machines à vapeur en une installation de moteurs à gaz utilisant directement l'excès de gaz produit au gueulard. Quelle est l'économie que l'on peut réaliser en faisant une telle transformation?
Admettons que la première installation ait été complètement amortie. Les dépenses d'exploitation avec chaudières et machines à vapeur seraient :
Dépense annuelle en charbon 280.000 francs
Graissage , 16.000 —
Chauffeurs 24.000 —
Entretien 40.000 —
