La fluidisation est un phénomène où des particules solides, sous l’effet d’un fluide, acquièrent des propriétés similaires à celles d’un fluide. La technologie de fluidisation permet de transporter, mélanger et transformer des matières solides à grande échelle et avec une haute efficacité, comme s’il s’agissait d’un fluide. Elle améliore l’efficacité du transfert de masse et de chaleur lors des réactions impliquant des particules solides, rendant possible la continuité, l’automatisation, la production à grande échelle et l’intelligence des processus de fabrication.
Le « code de fluidisation » des aciéries :
Avec la mise en œuvre continue de la politique nationale « double carbone », la production sidérurgique évolue vers des modes de production efficaces, verts et à faible émission de carbone. Grâce à l’amélioration progressive des procédés de réduction du minerai de fer, l’injection de charbon pulvérisé, utilisée comme combustible d’appoint dans les hauts-fourneaux, remplace peu à peu le rôle du coke. Cela permet de réduire considérablement et efficacement la consommation de coke, d’atténuer la tension sur les ressources en charbon à coke, de diminuer la pollution atmosphérique due à la cokéfaction, et d’améliorer sensiblement les bénéfices économiques et environnementaux.
Dans le procédé d’Injection de Charbon Pulvérisé (PCI) des hauts-fourneaux, la poudre de charbon, après fluidisation, est transportée par voie pneumatique jusqu’au haut-fourneau où elle participe au chauffage et à la réduction du minerai de fer.
Pourquoi la poudre de charbon doit-elle être fluidisée avant transport ?
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Éviter les blocages : La poudre de charbon non fluidisée a tendance à se déposer dans les conduits, provoquant d’importantes fluctuations du débit ou des coupures.
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Contrôle précis : Une fois fluidisée, la poudre de charbon s’écoule comme un liquide, facilitant le réglage du débit d’injection pour s’adapter à diverses conditions opératoires.
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Sécurité et prévention des explosions : Les modes de transport mécaniques traditionnels (comme les vis d’alimentation) peuvent générer des étincelles par friction et créer à l’intérieur du système un nuage explosif de poussières de charbon. La fluidisation utilise généralement des gaz inertes pour envelopper les particules, permettant un transport lent et stable.
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Combustion efficace : Le mélange homogène de poudre de charbon fluidisée et de gaz de transport peut être efficacement accéléré par des injecteurs grâce à un gaz à haute pression. Il en résulte un jet de charbon stable, à haute énergie cinétique, injecté au centre de la tuyère du haut-fourneau, garantissant une combustion hautement efficace en un temps extrêmement court.
Pourquoi utiliser une plaque fluidisante poreuse ?
Une plaque fluidisante poreuse permet une distribution homogène du gaz, créant ainsi un état fluidisé uniforme et stable pour les poudres. Lorsque des vides temporaires ou des zones denses apparaissent localement dans le lit, le flux d’air ne se précipite pas instantanément vers la zone de basse pression, mais est « retenu » par la plaque fluidisante, maintenant une distribution stable. L’augmentation de la résistance à l’écoulement dans le milieu poreux peut efficacement accroître la vitesse des particules dans les zones mortes, les amenant plus tôt à la phase ascendante, favorisant ainsi la participation des particules des zones mortes du fond du lit à l’écoulement noyau-annulaire [2].
Caractéristiques techniques des plaques fluidisantes poreuses métalliques Shinkai
Les plaques/tôles fluidisantes poreuses métalliques frittées, autonomement conçues, développées et fabriquées par Nanjing Xiongkai, offrent une distribution de gaz exceptionnellement uniforme. Elles optimisent significativement la consommation de gaz de fluidisation et la chute de pression du système, améliorant ainsi l’efficacité de la fluidisation et garantissant la stabilité et l’efficacité de la production.
◆ Excellente résistance mécanique et durabilité
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Haute résistance : Les matériaux métalliques poreux (comme l’acier 316L) possèdent une très haute résistance mécanique intrinsèque. Ils peuvent supporter la pression statique de la colonne de poudre de charbon et les chocs liés aux fluctuations de pression du système, résistant à la rupture ou à la déformation.
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Résistance à la fatigue : Sous les cycles répétés de mise sous pression et dépressurisation, la résistance à la fatigue des matériaux métalliques est bien supérieure à celle des matériaux fragiles comme la céramique, assurant une durée de vie extrêmement longue.
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Résistance à l’usure : Les particules de charbon entraînées par le flux d’air à haute vitesse provoquent une usure par érosion de la plaque de distribution. La dureté et la ténacité du métal poreux le rendent très résistant à l’usure, préservant l’intégrité de la structure poreuse sur le long terme.
◆ Création d’un état fluidisé uniforme et stable
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Distribution uniforme des pores : Des procédés de fabrication avancés (comme le frittage de poudre ou de fibres) permettent de produire des plaques poreuses avec une taille et une distribution des pores hautement uniformes. Cela assure une pénétration homogène du gaz à travers la couche de charbon, générant des bulles et des zones de fluidisation uniformes. Les « zones mortes » et les « canaux préférentiels » sont efficacement éliminés, garantissant un écoulement de charbon uniforme et continu.
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Gradient de pression stable : L’uniformité des pores garantit que la plaque fluidisante présente une caractéristique de chute de pression globalement stable, essentielle pour une fluidisation stable. Une chute de pression stable signifie que le flux d’air se distribue uniformément au lieu de s’échapper concentriquement par les points de moindre résistance.
◆ Contrôle précis du débit d’air
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Conception sur mesure : La taille des pores et la porosité des plaques fluidisantes métalliques poreuses peuvent être contrôlées avec précision lors de la fabrication. Les ingénieurs peuvent concevoir des plaques ayant un coefficient de résistance spécifique.
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Adaptation à diverses conditions : En concevant des plaques métalliques poreuses avec une distribution de pores déterminée, une fluidisation stable de la poudre de charbon peut être assurée sous divers débits de gaz. Cela fait du réglage direct du débit gazeux un moyen efficace de contrôler le taux d’injection de charbon, permettant un contrôle précis de la quantité de combustible injecté dans le haut-fourneau selon les différentes conditions de production.
◆ Haute fiabilité et sécurité
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Prévention des fuites de poudre : Les plaques métalliques poreuses de haute qualité présentent peu ou pas de défauts majeurs ou de pores traversants directs. Les pores de taille micrométrique ne laissent passer que le gaz, empêchant efficacement les fuites de poudre de charbon vers les conduites de gaz en état non fluidisé (par exemple à l’arrêt du système), évitant ainsi les blocages ou risques sécuritaires.
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Aucun détachement défaillant : Contrairement aux plaques de distribution revêtues ou en matériaux composites, le métal poreux est une structure monolithique. Aucun fragment ou matériau ne peut s’en détacher pour se mélanger à la poudre de charbon, évitant ainsi que ces corps étrangers ne soient injectés dans le haut-fourneau avec le charbon, ce qui pourrait affecter son opération de manière imprévisible.
◆ Facilité d’usinage et d’intégration
Le matériau métallique poreux peut être usiné mécaniquement et façonné dans diverses formes nécessaires (circulaire, carrée, etc.). Il peut être facilement soudé ou assemblé par joint d’étanchéité aux brides métalliques des réservoirs, formant un ensemble robuste et fiable. La structure présente une excellente étanchéité, capable de résister à la haute pression du système.
Actuellement, les dispositifs de fluidisation en métal poreux fabriqués par Nanjing Xiongkai sont utilisés dans le système PCI d’une grande entreprise sidérurgique internationale, ayant reçu la pleine satisfaction du client. Nous nous engageons à accélérer les économies d’énergie, la réduction des émissions et la transition verte de l’industrie sidérurgique grâce à nos produits de technologie de fluidisation d’excellence, pour créer un avenir sidérurgique plus sobre en carbone et plus efficace.
