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Perfectionnements aux fours, chambres et cornues de carbonisation, et l'équivalent.
Le chauffage des fours métallurgiques et autres, chambres de carbonisation, cornues et analogues est généralement' établi soit sur le principe de la récupération, soit sur celui de la régéné- ration.
De ces deux méthode, celle basée sur le principe de la régénération implique un renversement périodique du chauffage, qui, indépendamment de l'obligation de prévoir des moyens pour l'inversion du trajet des gaz, nécessite également un agencement compliqué et onéreux des carneaux. La méthode usuelle de récupé- ration ne comporte pas de renversement périodique des courants de gaz de chauffage et de produits de combustion, mais nécessite d'ordinaire des carneaux de grande longueur, de construction et
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d'entretien onéreux, à l'effet qu'en les traversant les gaz cèdent la majeure partie de leur chaleur sensible, ces gaz, dans ce système, pénétrant à une extrémité d'un carneau et s'évacuant l'autre extrémité.
En.outre, le récupérateur est normalement établi dans les maçonneries du carneau, et devient le siège d'efforts ou tensions résultant de la dilatation et de la contraction des maçonneries d'empilage ce qui est susceptible de provoquer des fuites.
L'objet de l'invention est de prévoir une disposition cons- tructive évitant ces inconvénients, et dans laquelle on obtient les avantages du chauffage à régénération et récupération sans qu'il soit nécessaire de prévoir une organisation onéreuse et complexe de carneaux ou un dispositif de renversement dispen- dieux.
Conformément à l'invention, on établit des fours, tels que des fours à coke, à parois chauffantes divisées en éléments de carneau par des cloisons transversales, d'une manière géné- ralement connue; dans ces éléments individuels, les gaz de chauffage sont admis aux extrémités inférieures, brûlent en direc- tion ascendante, arrivent à ou vers l'extrémité supérieure, inver- sent leur direction de cheminement et quittent les carneaux de chauffage à la même extrémité que celle par laquelle ils sont introduits.
L'expression "gaz de chauffage" est employée dans le présent mémoire pour désigner les gaz traversant les carneaux de chauffage élémentaires, et englobe les éléments gazeux de combustion péné- trant dans les carneaux ainsi que les produits de combustion quittant ces carneaux.
Les gaz de chauffage sont introduits, de préférence sous pres- sion, aux carneaux de chauffage élémentaires, à travers des récupérateurs constitués par des carneaux ou conduite pour la passage de ceux de ces gaz que l'on désire réchauffer par le passage dans des carneaux ou oonduits voisins des produite perdus de la combustion. @
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Conformément à l'invention, cet ensemble récupérateur de carneaux est généralement entouré par et contenu dans la struc- ture principale supportant le four à coke, four, ou l'équivalent, mais cet ensemble récupérateur n'est pas construit dans ou ensemble avec la structure principale, et par suite n'est pas influencée par la dilatation et la contraction de la structure du four.
Ces tensions dues au chauffage du foui/ne pourraient par conséquent provoquer la déformation de, ou des fuites dans l'ensemble récupé- rateur ou entraver de toute autre manière son bon fonctionnement.
La partie du récupérateur constituée par les carneaux ou conduits dont il a été question peut être établie ou construite de manière à pouvoir être aisément enlevée ou retirée comme un tout, aux fins d'examen, de réparation ou de remplacement de certains organes.
On peut prévoir un ou plusieurs récupérateurs pour chaque carneau élémentaire, ou bien un récupérateur peut servir pour deux ou plus de deux oarneaux de chauffe élémentaires voisins.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on prévoit des ajutages interchangeables à la sortie du récupérateur, dans le but de modifier le genre et la forme de flamme dans le carneau de chauffage élémentaire.
Si le four ou cellule doit être chauffé à l'aide de gaz riche, comme par exemple du gaz de fours à coke ou du gaz d'huile, le gaz peut être introduit dans le carneau de chauffe élémentaire par un ou des conduits menant approximativement à l'ajutage de l'élément de récupération, ou bien il peut être introduit dans l'un des passages d'air du récupérateur, en un point quelconque de sa longueur, dans des conditions telles qu'il ne se produise pas de combustion prématurée.
Si le four est chauffé au gaz pauvre, comme par exemple à l'aide de gaz de gazogène ou de haut fourneaux,.le récupérateur est établi ou construit de manière à prévoir le chauffage tant du gaz pauvre que de l'air de combustion, ou bien de l'un ou l'au- tre de ceux-ci.
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Que l'on utilise pour le chauffage du gaz riche ou du gaz pauvre, les produits de combustion, après avoir traversés les carneaux ou conduits du récupérateur et avoir réchauffés les courants de l'air,et, ou de gaz combustibles allant à la combus- tion et traversant des carneaux ou passages voisins, sont évacués par des carneaux ou passages appropriés et conduits à la cheminée ou un dispositif d'évacuation équivalent, comme par exemple un ventilateur.
L'invention a été représentée aux dessins annexés dans son application à un four à coke, et.ces dessins montrent une construc- tion appropriée de récupérateur pour semblables appareils, mais il doit être entendu que cette construction peut être modifiée de plusieurs manières suivant le type et la disposition de l'ap- pareil auqqel l'invention est appliquée.
Dans ces dessins:
Fig 1 représente une coupe verticale par un four à coke constituant l'une des cellules d'une batterie de fours, la moitié de gauche de la section étant obtenue suivant la ligne 1-1, et la moitié de droite suivant la ligne la-la de la fig 2;
Fig 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la fig 1 ; Fig 3 est une coupe à plus grande échelle, d'un seul élément de récupération, la coupe étant obtenue suivant la ligne 2-2 de la fig 1;
Fig 4 est une vue en élévation, à plus grande échelle, parti- ellement en coupe, de l'élément de récupération représenté à la fig 1;
Fig 5 est une coupe verticale montrant certaines modifications de la disposition constructive du carneau de-chauffe élémentaire;
Fig 6 est un plan en coupe de ce dernier.
Ainsi qu'il est représenté dans les dessins, les carneaux des parois chauffantes du four à coke A sont divisée en carneaux élémentaires individuels, par les cloisons transversales B. Chacun de ces carneaux élémentaires est @ .: pourvu de moyens pour introduire les éléments gazeux' de combustion, généralement sous'
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pression, à l'extrémité inférieure du carneau élémentaire, de manière que la flamme soit dirigée vers le haut dans le carneau, et les gaz de chauffage, inversant leurs direction à, ,ou au voisinage de l'extrémité supérieure du carneau de chauffe élémen- taire, sortent à son extrémité inférieure et traversent le récupé- rateur et de là, par des passages pourvus de registres, 0, passent aux carneaux D menant à la cheminée.
Les produits perdus de la combustion, à leur sortie, et les gaz de chauffage à leur entrée, traversent, dans des directions opposées, les conduits ou passages d'un récupérateur désigné dans l'ensemble par E et dont est équipé à son extrémité inférieure chaque carneau élémentaire.
Comme représenté, ce récupérateur est de construction tubulaire et, pour la facilité, il est constitué de sections de tubes E', E2, en toute matière réfractaire appropriée (métallique ou autre) montées sur une base creuse F supportées par des plaques G fixées à la structure du four. Un bourrage H assure un joint étanche autour de la base F. On remarquera qu'en démontant les plaques G est les raccords des circuits de gaz de chauffage, l'ensemble du récupérateur E peut facilement être enlevé.
Les conduits tubulaires du récupérateur mènent à un ajutage I, qui peut être détaché de l'élément récupérateur en vue de son remplacement dans le but de modifier le genre ou la forme de la flamme. Les ajutages I peuvent se prolonger vers le haut dans les carneaux élémentaires, plus avant qu'il n'est représenté dans les dessins et ils peuvent recevoir toute conformation désirée, comme par exemple celle ordinairement désignée sous le nom de forme en Venturi, afin de communiquer au jet émis une conformation cylin- drique, ou bien une conformation divergente ou convergente à et au delà du point de sortie.
Comme il est représenté aux fige 1 et 4, l'élément récupé- rateur E est un élément double, c'est à dire qu'il sert à deux carneaux de chauffe élémentaires, voisins, ce double élément étant supporté par une seule base creuse et pouvant s'enlever comme un tout avec cette dernière. Toutefois cette disposition n'est qu'un
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agencement particulier d'élément récupérateur, et peut être modifiée de plusieurs façons, comme par exemple en prévoyant un ou plus d'un élément récupérateur distinct pour chaque carneau de chauffe élémentaire, ou bien encore un élément multiple peut servir pour plus de deux carneaux de chauffe élémentaires, voisins.
Si le four doit être chauffé au gaz pauvre, comme par exemple du gaz de gazogène ou de hauts fourneaux, l'élément récupérateur est doublé ou subdivisé comme il est par exemple représenté à la fig 4, la partie E' étant utilisée pour réchauffer l'air de com- bustion fourni à la chambre à air F' par le conduit d'air principal J et un embranchement J', et la partie E2 servant à réchauffer le gaz pauvre, fourni à la chambre à gaz F2 par un conduit de gaz principal K et un embranchement K'. L'air et le gaz pauvre se combinent dans l'ajutage I qui dirige la flamme vers le haut dans le carneau élémentaire.
Si,le four doit être chauffé au gaz riche, comme par exemple du gaz de houille, ce dernier peut être introduit dans un élément tubulaire du récupérateur par un conduit L alimenté par un conduit principal M.
Ainsi qu'il est représenté à la fig 3, la conduite de gaz L pénètre dans le tube d'air central d'un élément récupérateur à trois tubes, la proportion du gaz par rapport à l'air passant dans le tube récupérateur étant réglée de manière à empêcher la combustion prématurée.
Les deux tubes externes ne sont alimentés qu'en air de la chambre à air F1, cet air se mélangeant dans l'ajutage I au mélange d'air et de gaz pour former la flamme ascendante.
Comme il a été indiqué précédemment, les gaz chauds de la combustion inversent leur direction à ou au voisinage du sommet du carneau de chauffe élémentaire, et suivent ses parois en direction descendante,vers l'élément récupérateur E,en léchant les faces externes des parois tubulaires de ce dernier et, après avoir cédé leur chaleur, passent, par les carneaux D, aux carneaux principaux D1 menant à la cheminée. Des moyens, tels des registres
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C et D peuvent être prévus dans les passages 0 et les carneaux
D pour contrôler le tirage.
Il doit être entendu que le gaz de houille, le gaz de gazogène, l'huile vaporisée, et d'autres formes de combustibles gazeux peuvent suivant l'invention être utilisés au chauffage et sont compris dans l'expression "gaz", et on notera en outre qu'en utilisant des pressions d'alimentation convenables de gaz et d'air et des ajutages de type appropriés, on pourra modifier la forme du courant de gaz débité par l'ajutage et lui donner une vitesse telle que l'on obtienne une quasi rigidité du courant de gaz ascendant et, par suite, lorsque la direction de cheminement des gaz est inversée, le courant gazeux de retour enveloppera plus ou moins le courant de gaz d'aller. Cet effet peut être modifié de plusieurs façons, en modifiant le type ou conformation des ajutages.
Par exemple, on pourra utiliser une paire d'ajutages ou dtorifices d'ajutages inclinés entre-eux pour transformer en nappe les courants de gaz émis.
De plus, on pourra régler la forme et la vitesse de la flamme, de manière à entrainer une certaine portion des produits de combustion descendants et les ramener en circulation dans le circuit de chauffage.
En outre, l'organisation des parois des carneaux de chauffe élémentaires peut être modifiée de manière à guider ou controler l'écoulement et le retour des gaz de chauffage. Par exemple, on peut utiliser l'agencement représenté aux figs 5 et 6. Dans cette disposition, les gaz de chauffage sont dirigés vers le haut le long de parois opposées B des carneaux élémentaires, par des ajutages qui ne sont pas représentés mais qmi occuperaient les positions indiquées en I -I dans la base de la structure.
Les deux courants ou nappes de gaz de chauffage se rencon- trent au sommet du carneau, qui peut être conformé ainsi qu'il est indiqué à la fig 5 afin de ramener les courants de gaz vers l'intérieur, inverser leur direction et déterminer leur écoulement vers le bas dans la partie centrale du carneau pour traverser le ,récupérateur à l'entrée et la sortie communes du carneau.
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pour guider ou controler les courants ascendants et descen- dants des gaz de chauffage, les- parois du carneau élémentaire peuvent être établies de façon à former des canaux verticaux plus ou moins marqués pour les divers courants de gaz. Par exemple, ainsi qu'il est représenté dans les dessins, des parois opposées des carneaux élémentaires.peuvent comporter des nervures B -B faisant plus ou moins saillie dans le carneau. Ces nervures peuvent être continues ou interrompues, et, si elles sont conti- nues, elles peuvent se prolonger sur toute la hauteur du carneau élémentaire comme il est représenté à la fig 6, ou sur une portion quelconque de cette hauteur.
Bien qu'il soit préférable de disposer verticalement les récupérateurs comme li est représenté dans les dessins, il doit être entendu que les éléments de récupérateur peuvent être orien- tés latéralement ou horizontalement, en prévoyant des modifica- tions appropriées des ajutages de débit pour diriger les gaz de chauffage dans les carneaux élémentaires.
Revendications
1.- Une méthode pour assurer le chauffage d'un four à gaz, chambre de carbonisation, cornue ou l'équivalent, dans laquelle me les gaz de chauffage pénètrent et quittent le ou les carneaux de chauffage à la même extrémité, avec échange de chaleur entre la totalité ou une partie seulement des gaz pénétrant dans et sortant de l'appareil.
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Improvements to furnaces, carbonization chambers and retorts, and the like.
Heating of metallurgical and other furnaces, carbonization chambers, retorts and the like is generally established either on the principle of recovery or on that of regeneration.
Of these two methods, the one based on the principle of regeneration involves a periodic reversal of the heating, which, independently of the obligation to provide means for reversing the path of the gases, also requires a complicated and expensive arrangement of the flues. The usual method of recovery does not involve periodic reversal of the streams of heating gas and combustion products, but usually requires flues of great length, construction and
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expensive maintenance, to the effect that through them the gases give up most of their sensible heat, these gases, in this system, penetrating at one end of a flue and evacuating the other end.
In addition, the recuperator is normally established in the masonry of the flue, and becomes the site of forces or tensions resulting from the expansion and contraction of the stacking masonry which is liable to cause leaks.
The object of the invention is to provide a constructive arrangement avoiding these drawbacks, and in which the advantages of regenerative and recovery heating are obtained without it being necessary to provide an expensive and complex organization of flues or a device. expensive reversal.
According to the invention, ovens, such as coke ovens, are established with heating walls divided into flue elements by transverse partitions, in a generally known manner; in these individual elements, the heating gases are admitted at the lower ends, burn in an upward direction, arrive at or towards the upper end, reverse their direction of flow and leave the heating flues at the same end as that through which they are introduced.
The term "heating gas" is used herein to denote the gases passing through the elementary heating flues, and includes the gaseous combustion elements entering the flues as well as the products of combustion leaving such flues.
The heating gases are introduced, preferably under pressure, to the elementary heating flues, through recuperators formed by flues or conduit for the passage of those of these gases which it is desired to heat by passing through flues. or adjacent ducts of the lost combustion products. @
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According to the invention, this flue collector assembly is generally surrounded by and contained in the main structure supporting the coke oven, oven, or the like, but this collector assembly is not constructed in or together with the main structure, and hence is not influenced by the expansion and contraction of the furnace structure.
These tensions due to the heating of the filter could not therefore cause the deformation of or leaks in the recuperator assembly or in any other way hamper its proper functioning.
The part of the recuperator made up of the flues or ducts in question may be established or constructed in such a way that they can be easily removed or withdrawn as a whole, for the purposes of examination, repair or replacement of certain components.
One or more recuperators can be provided for each elementary flue, or else one recuperator can be used for two or more neighboring elementary heating oarneaux.
According to another characteristic of the invention, interchangeable nozzles are provided at the outlet of the recuperator, with the aim of modifying the type and shape of flame in the elementary heating flue.
If the furnace or cell is to be heated using rich gas, such as coke oven gas or oil gas, the gas can be introduced into the elementary heating flue through one or more conduits leading approximately at the nozzle of the recovery element, or it may be introduced into one of the air passages of the recovery unit, at any point along its length, under conditions such that combustion does not occur premature.
If the furnace is heated with lean gas, such as for example using gasifier or blast furnace gas, the recuperator is established or constructed so as to provide for heating both the lean gas and the combustion air, or one or the other of these.
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Whether used for heating rich gas or lean gas, the products of combustion, after having passed through the flues or conduits of the recuperator and having reheated the air currents, and, or of combustible gases going to the combus - tion and crossing flues or neighboring passages, are evacuated by flues or appropriate passages and led to the chimney or an equivalent evacuation device, such as for example a fan.
The invention has been shown in the accompanying drawings in its application to a coke oven, and these drawings show a suitable construction of recuperator for such apparatus, but it should be understood that this construction can be modified in several ways depending on the circumstances. type and arrangement of the apparatus to which the invention is applied.
In these drawings:
Fig 1 shows a vertical section through a coke oven constituting one of the cells of a battery of ovens, the left half of the section being obtained along line 1-1, and the right half along line la- the of FIG 2;
Fig 2 is a section taken on line 2-2 of Fig 1; Fig 3 is a section on a larger scale, of a single recovery element, the section being obtained along line 2-2 of Fig 1;
Fig. 4 is an elevational view, on a larger scale, partly in section, of the recovery element shown in Fig. 1;
Fig 5 is a vertical section showing certain modifications of the constructive arrangement of the elementary de-heating flue;
Fig 6 is a sectional plan of the latter.
As shown in the drawings, the flues of the heating walls of the coke oven A are divided into individual elementary flues, by the transverse partitions B. Each of these elementary flues is @.: Provided with means for introducing the gaseous elements 'combustion, usually under'
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pressure, at the lower end of the elementary flue, so that the flame is directed upwards in the flue, and the heating gases, reversing their direction at,, or in the vicinity of the upper end of the elementary heating flue - be silent, exit at its lower end and pass through the recuperator and from there, through passages provided with registers, 0, pass to the flues D leading to the chimney.
The products lost from combustion, at their outlet, and the heating gases at their inlet, cross, in opposite directions, the ducts or passages of a recuperator generally designated by E and which is equipped at its lower end. every elementary flue.
As shown, this recuperator is of tubular construction and, for convenience, it is made up of sections of tubes E ', E2, in any suitable refractory material (metallic or otherwise) mounted on a hollow base F supported by plates G fixed to the structure of the oven. A stuffing H ensures a tight seal around the base F. It will be noted that by removing the plates G and the connections of the heating gas circuits, the entire recuperator E can easily be removed.
The tubular conduits of the recuperator lead to a nozzle I, which can be detached from the recuperator element for replacement in order to change the type or shape of the flame. The nozzles I can extend upwards into the elementary flues, further than is shown in the drawings and they can be given any desired conformation, such as for example that commonly referred to as the Venturi form, in order to imparting to the emitted jet a cylindrical conformation, or a divergent or convergent conformation at and beyond the point of exit.
As shown in figs 1 and 4, the recovery element E is a double element, that is to say that it is used for two elementary, neighboring heating flues, this double element being supported by a single hollow base. and can be removed as a whole with the latter. However, this provision is only a
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particular arrangement of recovery element, and can be modified in several ways, such as for example by providing one or more than one separate recovery element for each elementary heating flue, or even a multiple element can be used for more than two heating flues. elementary heaters, neighbors.
If the furnace is to be heated with lean gas, such as gasifier gas or blast furnace gas, for example, the recovery element is doubled or subdivided as shown for example in fig 4, part E 'being used to heat the 'combustion air supplied to the air chamber F' by the main air duct J and a branch J ', and the part E2 serving to reheat the lean gas, supplied to the gas chamber F2 by a duct of main gas K and a branch K '. The air and the lean gas combine in the nozzle I which directs the flame upwards in the elementary flue.
If the furnace is to be heated with rich gas, such as coal gas for example, the latter can be introduced into a tubular element of the recuperator via a duct L supplied by a main duct M.
As shown in fig 3, the gas line L enters the central air tube of a three-tube recovery element, the proportion of gas to air passing through the recovery tube being adjusted so as to prevent premature combustion.
The two outer tubes are supplied only with air from the air chamber F1, this air mixing in the nozzle I with the mixture of air and gas to form the ascending flame.
As previously indicated, the hot combustion gases reverse their direction at or near the top of the elementary heating flue, and follow its walls in a downward direction, towards the recovery element E, licking the outer faces of the walls. tubular of the latter and, after having given up their heat, pass, through the flues D, to the main flues D1 leading to the chimney. Means, such as registers
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C and D can be provided in passages 0 and flues
D to control the draft.
It should be understood that coal gas, gas generator gas, vaporized oil, and other forms of gaseous fuels may according to the invention be used for heating and are included within the term "gas", and we further note that by using suitable gas and air supply pressures and nozzles of suitable type, the shape of the gas stream delivered by the nozzle can be changed and given a velocity such that obtains a quasi-rigidity of the ascending gas stream and, therefore, when the direction of flow of the gases is reversed, the return gas stream will more or less envelop the outgoing gas stream. This effect can be modified in several ways, by modifying the type or conformation of the nozzles.
For example, it is possible to use a pair of nozzles or nozzle orifices inclined to one another to transform the streams of gas emitted into a sheet.
In addition, the shape and speed of the flame can be adjusted so as to entrain a certain portion of the descending combustion products and bring them back into circulation in the heating circuit.
In addition, the organization of the walls of the elementary heating flues can be modified so as to guide or control the flow and return of the heating gases. For example, one can use the arrangement shown in Figs 5 and 6. In this arrangement, the heating gases are directed upwards along opposite walls B of the elementary flues, by nozzles which are not shown but which would occupy the positions indicated in I -I in the base of the structure.
The two streams or sheets of heating gas meet at the top of the flue, which can be shaped as shown in fig 5 in order to bring the gas streams inward, reverse their direction and determine their downward flow in the central part of the flue to cross the recuperator at the common inlet and outlet of the flue.
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to guide or control the ascending and descending currents of the heating gases, the walls of the elementary flue can be established so as to form more or less marked vertical channels for the various gas currents. For example, as shown in the drawings, opposite walls of the elementary flues. Can include ribs B -B projecting more or less into the flue. These ribs can be continuous or interrupted, and, if they are continuous, they can extend over the entire height of the elementary flue as shown in FIG. 6, or over any portion of this height.
Although it is preferable to arrange the recuperators vertically as shown in the drawings, it should be understood that the recuperator elements may be oriented laterally or horizontally, with appropriate modifications of the flow nozzles to direct. the heating gases in the elementary flues.
Claims
1.- A method of providing the heating of a gas furnace, carbonization chamber, retort or equivalent, in which the heating gases enter and leave the heating flue (s) at the same end, with exchange of heat between all or only part of the gases entering and exiting the appliance.