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Dispositif tubulaire pour l'évacuation de gaz et de vapeurs de l'intérieur de la masse de combustible des fours à distillation.,
Dans les fours pour la distillation des combustibles solides, par exemple dans les fours à coke, dans les cornues de gazogènes? etc,,.,, les dis= positifs, qui sont destinés à conduire les gaz., les 5- vapeurs et autres produits volatils de distillation, de l'intérieur de la masse de somibustible vers l'exté- rieur, provoquent,lors du fonctionnement des fours,,
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des difficultés botables à divers points de vue.
ces difficultés proviennent principalement de ce qua, d'une part, ces dispositifs, aux endroits oû ils ont à conduire les gaz et les vapeurs à l'extérieur, doivent avoir for- cément une liaison quelconque avec les éléments cons tructifsimmobiles et........extérieurs du four, et que, d'autre part les pièces de ces dispositifs qui pénètrent à l'in- térieur de la masse de combustible gênent et troublent les changements de place de la masse de combustible qui font partie de l'exploitation des fours, et en particu¯ lier le chargement et la vidange de oes fours,
Le dispositif conforme à la présente invention a pour objet d'éviter les inconvénients inhérents aux dispositifs du même genre utilisés jusqu'ici,
et d'élimi¯ ner les difficultés qui sont liées à ces dispositifs lors du fonctionnement des fours.
Aux dessins annexés on a représenté à titre d' exemple un mode d'exécution du dispositif, dans son application à un fouracok e horizontal.
La figure 1 est une coupe longitudinale verti- cale par le milieu d'une chambre de four à coke; de cette chambre on a représenté seulement une partie comportant l'extrémité frontale.
La figure 2 est une coupe verticale transversale qui intéresse deux chambres voisines.
La figure 3 montre une coupe axiale verticale à plus grande échelle, exécutée par la partie supérieure du dispositif,
La chambre i du four, qui, comme de coutume, est chauffée des deux côtés par des parois chauffantes 2 (figure 2), et qui est fermée à àes extrémités frontales
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par des portes 3, présente, dans le ciel 4 du tour, les orifices de chargement 6 habituels pour introduire le charbon, ainsi qu'un orifice diévacuation de gaz 6, qui, par l'intermédiaire d'un tube ascendant 5, est relié à un barillet 8 de gaz et de goudron.
Le bâti qui soutient ce barillet porte une conduite collectrice de gaz 9 qui s'étend sur toute la longueur de la batterie. Comme d'habitude on remplit la chambre du our 1 de houille à coke, jusqu'à une hauteur telle qu'il reste au-dessus un espace libre il collecteur de gaz ; cependant, dans le cas présent, du fait que la quantité de gaz qui passe est moindre, cet espace peut être plus pas que d'habitude,
Dans le ciel , entre les orifices 5 et 6, on a inséré un certain nombre de caisses de fer 12 (Six, dix, ou plus encore sur toute la longueur de la chambre), ayant la construction indiquée d'une manière plus détaillée en figure 3.
Ces caisses sont destinées à porter les dispositifs tubulaires qui font 1?objet de la présente invention et qui conduisent le gaz et les vapeurs de l'intérieur de la masse 10 de combustible vers l'extérieur, Ces caisses 12 constituent en même temps des caisses collectrices ,pour les gazp les vapeurs et leurs condensats à évacuero C'est pourquoi elles sont fermées en dessus par un couvercle 13 avec obturation hydraulique 14 qui les rend tanches aux gaz. L'eau d'obturation pour le dispositif 14 est amenée par une tubulure 15 de tuyaux 16 qui sont placés au¯ dessus du ciel du four.
Pour évacuer les gaz, les va¯ peurs et leurs condensats, de la caisse 12, on se sert des tubulures latérales 17 Les tubulures 17 aboutissent
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(voir figure 2) avec interposition de robinets d'arrêt 18, à une conduite collectrice 19, qui est commune à toute les caisses 12 ou àotous les dispositifs d'éva¯ cuation de gaz de deux chambres voisines, et qui s'étend par suite notablement au-delà de la longueur totale de la chambre du four.(voir figure 1). A l'extrémité fron¯ tale du four cette conduite collectrice 19 sort à l'air libre, et elle est reliée par un coude 20 à la conduite collectrice de gaz 9, qui se trouve au-dessus.
Les condensats qui ont passé dans la conduite collectrice 19 sont extraits au point le plus bas du coude 20 grâce aune vidange 21, Le fond de la caisse 12 porte (voir en particulier figure 3) un morceau de tube 22 qui s'é¯ lève à l'intérieur de la caisse, ainsi qu'un morceau de tube 23, qui le prolonge, et qui a le même diamètre.
Ces morseaux de tubes 22 et 23 servent à guider et à maintenir un tube concentrique 24 enfilé à l'intérieur des précédents et 'formant l'élément tubulaire supérieur du dispositif d'évacuation des gaz conforme à la pré- sente invention. Ce tube 24 porte à son extrémité su périeure une cloche 25 ainsi que deux oeils 26, dia mètralement opposés. La cloche 25 qui repose par des pieds 27 sur le fond de la caisse 12, constitue avec la paroi de la caisse 12 et le morceau de tube interne 22 une obturation hydraulique, grâce à laquelle la face interne du tube d'évacuation 24 se trouve Isolée de sa face externe. Le liquide obturateur de ce dispositif provient en partie du trop plein de l'obturateur hydrau- lique 14 du couvercle 13, en partie des condensats des gaz évacués.
Les liquides en excès s'écoulent par las tubulure latérale17 dans la.conduite collectrice 19.
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Cependant on peut se dispenser de la cloche et remplacer l'obturation hydraulique par un lut/.age. par exempleo
Concentriquement à 'intérieur de l'élément tubulaire supérieur 24 pour l'évacuation des gaz. se trouve un élément tubulaire inférieur 28, Tandis que le tube 24, comme le montrent les figures 1 et 2, ne fait que traverser l'espace collecteur de gaz Il de la chambre 1, et pénétrer à une profondeur relativement faible en dessous de la surface de la masse 10 de com. butible' le tube inférieur 28, dans la position de fonctionnement montrée aux figures 1 et 2, parvient jusqu'au voisinage du fond de la chambre 1. On voit 2 qu'avec cette disposition et ses longuers des tubes 24 et 28, le joint de liaison entre les deux éléments de tube., est environné par la masse de combustible 10.
Sur la partie principale de la longueur sur laquelle il est entouré par la masse de combustible, le tube 28 présente à sa périphérie des fentes 29 dont la largeur augmente de l'extrémité fixée du tube vers son extrémité libre; ces fentes servent au passage des gaz et des vapeurs à évacuer, et, comme le montre la figure 2, elles sont placées de préférence uniquement ou principa lement dans le plan longitudinal médian de la chambre du four. A l'extrémité supérieure du tube 28, on a prévu une traverse 30, sous laquelle peut venir s'accrocher le crochet 31 d'une tringle 32o Cette tringle porte à sa partie supérieure un oeil 33 et une saillie latérale 34, qui peut venir reposer sur la tranche su¯ périeure du tube d'évacuation 24.
La position,représentée en figure 3 en traits pleinsde la partie supérieure du tube 28, où la traverse 30 est prise par le crochet 31, représente une position plus basse que celle qui est
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montrée en pointillé en dessus, cette dernière posi¯ tion correspondant à la position de fonctionnement, telle qu'elle a été supposée aux figures 1 et 2.
Avant que l'on commence charger une chambre de four, et tant que cette chambre est encore vide, tous les tubes d'évacuation de gaz 24 et 28 se trou- vent en dehors de la chambre du four. D'abord, tandis que les caisses 12 sont ouvertes par l'enlèvement des couvercles 13, et sont isolées par les robinets d'ar¯ rêt 18 de la conduite collectrice 19, on introduit de haut on bas tous les éléments tubulaires supé¯ rieurs 24, en les fixant au moyen des oeils 26 au crochet de charge d'un palan ou d'un appareil du même genre, qui est fixé à un pont roulant circulant au dessus du four, et en les laissant descendre.
Ensuite, au moyen du même palan et des tringles à crochet 32, on fait descendre les éléments tubulaires 28 à l'in- térieur des éléments tubulaires 24, dans la chambre encore vide, jusqu'il ce que ces éléments tubulaires viennent rencontrer le fond de la chambre 1. on a alors la position des tubes 28 représentés en traits pleins sur lâ figure 3.
La tringle à crochet-38 de chacun des tubes 28 est soutenue provisoirement, com- me le montre la figure 3, par sa saillie latérale 34, ce qui l'empêche de tomber; son oeil 30 est détaché du palan de portage, afin de permettre d'assurer avec ce palan le service des autres dispositifs. Unefois que tous les tubes 24 et 28 ont été introduits, on charge de houille
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procède =as e=nsr'g'enE6H't=a la chambre dù four aa1 moyen r kM41:
3e, par les orifices su Etantdonné que les éléments tublaires
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inférieurs 28 reposent sur la sole de la chambre., ils sont suffisamment maintenus pour que la chute du char bon que 1'on charge ne les dérange pas de leur posi¯ tion verticale,Aussitôt que les tubes 28 sont maintenus de faon à ne pouvoir bouger par la masse elle-même du charbon,on les soulève d'une assez faible quantité, par exemple 100 m/m en agissant sur la tringle 32 que l'on saisit par son oeil 33 au moyen du plan, Il en résulte que les extrémités inférieures de cen éléments tubulaires s'ouvrent librement à une certaine distance au-dessus de la sole de la chambre.
Etant donné que, bien entendu, le charbon s'éooule immédiatement en- dessous des extrémités de ces éléments tubulaires, ils demeurent dans leur position soulevée, lorsqu'on abaisse les crochets 31 des tringles 32, et qu'on détache ces crochets des traverses 30, afin d'enlever les tringles 32 tout,., entiérespar le haut Aussitôt que l'on a placé les couvercles 13 sur les caisses 12,et que l'on a ouvert les robinets d'arrêt 18 vers la conduite collectrice 19, les tubes 24 et 28 se trouvent en état de fonctionnement,, de façon à servirconformément à leur destination à évacuer'les gaz et les vapeurs de l'intérieur de la masse de combustible 10.
Inexistence de 1'obturation hydraulique dube 24 constitué par la cloche 25 permet (d'une part) d'évacuer- des parties internes de la massé de combusti, ble les gaz et les vapeurs grâce aux tubes 28 et 24p et, (d'autre part,séparément)d'évacuer des parties externes, voisines des parois chauffazntes,dans la masse de combustible, les gaz, grâce à l'espace collée teur 11 et aux orifices 6 du ciel de la chambre, En effet, pour chacune de ces deux évacuations, on peut
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utiliser, indépendamment de l'autre,.la dépression d'as- piration la plus favorable* Les gaz et les vapeurs des parties internes parviennent, par la conduite collectrice 19 dans lé conduit collecteur de gaz 19,
et les gaz et les vapeurs des parties externes parviennent par le tube ascendant 7 dans le barillet de gaz et de goudron 8.
En autre on a la possibilité de régler la dépres- sion que l'on doit appliquer à la caisse 12, par rapport à celle qui règne dans l'orifice 6, de façon à évacuer par les tubes 28, en dehors des gaz et vapeurs qui se dégagent à l'intérieur de la masse combustible, et qui sont relativement froids, une partie des gaz qui se dé- gagent en dehors des deux couches bitumineuses limitant les portions cokéfiées et qui sont rendus très chauds, par le voisinage des parois chauffantes, Ces gaz chauds pénètrent dans l'intérieur de la masse de combustible, et provoquent une dessiccation et un chauffage préalable du charbon, et accélèrent par conséquent le processus de distillation,de sorte que,finalement,la durée de dis- tillation est abrégée.
De plus on peut obtenir une certaine variation de la dépression pour chaque eaisse particulière 12,en utilisant les robinets d'arrêt 18 comme dispositifs de réglage, ou en les remplaçant par des dispositifs de réglage spéciaux,par exemple par des disques obturateurs, présentant des ouvertures ayant des dimensions déterminées, ces dispositifs obturateurs étant utilisés en plus des ro- binetse De cette façon il est possible de procéder à des aspirations inégalement énergiques au moyen des divers tubes 28-24 qui sont répartis sur toute la longueur du four.
En combinant par exemple cette mesure avec la mesure
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ci-dessus indiqua d'après laquelle on entraîne par l'intérieur de la masse de combustible une partie des gaz chauds externes, on peut tirer profit de 1'accolée ratioh locale que l'on peut imprimer ainsi au procesus de distillation pour compenser, sur toute la durée de la distillation, les influences exercées par la différence d'épaisseur de la couche de combustible provenant de la conicité longitudinale habituelle des fours à cocke hori- zontaux.
De même on a ainsi la possibilité d'accélérer la distillation pès de la tte des fours, et d'éviter ainsi d'avoir des têtes de fours non distilléoq,
Lorsque la masse de combustible a achevé sa distillation dans la chambre 1, c'est-à-dire lorsqu'elle a été transformée en coke, on isole de la conduite collectrice 19 les caisses 12, grâce aurobinets d'arrêt 18, et on enlève le couvercle 13. On commence alors par enlever de bas en haut les éléments tubulaires supérieurs 24 d'évacuation des gaz.
Etant donné que ces éléments ne pénètrent que peu profondément dans la masse cokéfiée de combustible, leur extraction n'offre aucune difficultéo Ensuite, une fois que les portes de fermeture 5 ont été enlevées de la chambre du tour, l'ensemble du saumon= de coke peut être extrait à la manière habituelle en di- rection horizontale, de la chambre 1 par refoulement. Les tubes 28 qui sont demeurés dans le saumon de coke, n'of- frent aucun obstacle, puisqu'ils sont libérés de leur liaison avec les pièces fixes du ciel du four, et qu'en bas ils ne touchent pas la sole de la chambreo Ils parviennent donc à l'extérieur avec le coke refoulé,
et une fois qu'on a étalé le coke sur l'emplacement approprié on les recueille et on les tient prêts pour les enmoyer à nouveau lors du chargement suivante
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La construction décrite ci-dessus des tubes d'évacuation des gaz 24,38, offre aussi la possibilité de les enlever totalement de la masse de combustible avant la fin du processus de distillation, si bien que l'on peut alors renoncer à enlever les tubes 28 de la chambre en même temps que le saumon de coke lorsqu'on refoule celui- ci* En général ce mode d'exploitation exigera que 1'-on enlève les tubes 28 au moins avant que les couches bitumi- neuses qui progressent depuis les parois chauffantes de la chambre vers le milieu de la charge, aient atteint la périphérie des tubes 28;
parce que ces couches représen- tent les zones dans lesquelles le bitume du charbon entre en fusion; il y aurait agglomération de la masse avec les tubes, si on laissait cette zone atteindre ces tubes,, A ce stade le rendement en produits volatils de distillation, dont l'obtention nécessite une évacuation directe à partir de l'intérieur de la masse de aombusti¯ ble, est si faible qu'il n'y a plus d'intérêt à prolonger ce genre d'évacuation des'gaz. Par conséquent l'enlèvement des tubes d'évacuation'des gaz de l'intérieur du combusti- ble n'a plus d'inconvénient.
Lorsqu'on enlève ainsi avant la fin de la distillation les tubes inférieurs 28, on peut, à volonté, enlever en même temps les tubes supérieurs 24, ou les laisser en place jusqu'à la fin de la distillation, ainsi qu'on l'a indiqué ci-dessus, et les extraire'seule- ment ensuite*
La mise en place des tubes 24 et 28 dans la chambre vide, avant chargement par le charbon, ainsi qu'on l'a décrite à titre d'exemple, nest aucunement une condition indispensable. Quand le charbon s'entasse d'une manière assez peu compacte, il est possible d'in- troduire de haut en bas les tubes 24 et 28 dans le charbon
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qui garnit déjà la. chambrea lecas échéant après avoir percé provisoirement dans ce charbon des trous au moyen de mandrins spéciaux.
Ceci présente lavantage de facili- ter le chargement de la chambre et l'opération de répala¯ ge dans cette chambre, tant que les tubes ne sont pas encore introduitso
Un autre avantage de ce mode d'exploitation consis¯ te en ce que les gaz qui affluent dans l'espace collec- teur 11 pendant le chargement et l'opération de répalage peuvent être évacués par les caisses 12 et par la conduite collectrice 19.
Dans les fours de grandes dimensions, où la lon- gueur des tubes 28 devrait être excessive, il peut être avantageux, de subdiviser encore ces tubes suivant leur longueur, en plusieurs parties détachables les unes des autres.
Aux figures 4,5 et 6, on a montré un mode d'exé- cution de la présente invention dans lequel les tubes en plusieurs parties sont introduits par l'extérieur dans la masse de combustible garnissant déjà la chambre du four.
Le dispositif utilisé dans ce cas est représenté en figure 4 en coupe axiale verticale? tandis que les figures 5 et 6 sont des coupes horizontales suivant les lignes A-B et C¯D de la figure 4.
35-36 désignent les faces supérieure et inférieure e du ciel du four, 37 la surface de la masse de combus tible qui garnit la chambre du four. La caisse 38 insérée dans le ciel du four, porte intérieurement un morceau de tube cylindrique 39 qui s'élève à l'inté- rieur de la caisse,et un morceau de tube 40,de même diamètre,qui prolonge le précédent, et qui fait saillie en-dessous.
Ces tubes 39 et 40 ne servent pas seulement
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us dispositif de retenue, mais ils constituent surtout un guidage droit pour tous les éléments de tubes qui, réunis, forment le dispositif d'évacation des gaz confor¯ me à la présente invention. L'élément tubulaire supérieur 41, qui porte, à sa partie supérieure, une cloche d'ob- turation hydraulique 42 et un étrier de levage 43, pénè- tre d'une certaine quantité dans la masse de combustible en dessus de la surface 37, L'élément tubulaire infé- rieur constitué lui-même par deux tubes 44 et 45, est Zormé conformément à la présente invention, de façon aavoir partout la même section extérieure que l'élément tubulaire 41; il orient buter contrecet élément tubulaire.
Les joints 46 entre les deux éléments successifs sont, de préférence, comme le montre la figure 4, en forme de coins, ou quand les tubes sont prismatiques,en forme de puramide, Le tube inférieur 45 porte à son extrémité externe, une pointe complètement fermée 47. Pour le passage des gaz on a prévu, dans tous les éléments de tubes 41, 44 et 45, soit des fentes longitudinales ééroi- tes 48 (voir figure 5), soit des trous plus grands et plus larges 49 (voir figure 6). pas derniers trous 49 sont protégés par'un raccord 50 adaptéà l'initérieur du tuba, de façon que,, pour le passage du gaz, il existe un canal annulaire 51, qui est ouvert en haut. Le rac cord 50 est vissé dans l'extrémité inférieure du tube 44 ou 45.
Son prolongement inférieur constitue pour le tube 44, le joint conique 46, et pour lé tube 45, la pointe 47.
Lorsqu' on veut utiliser ce dispositif, une fois que la chambre .dû four a été garnie, c'est-à-dire lorsque la masse de combustible a été entassée jusqu'auniveau 37.
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on fait descendes, à travers le tube de guidage 39-40, d'abord le tubeinférieur 45, dont la pointe 47 pénètre dans là masse de combustible,, Du fait de son propre poids, oe tube s'avance d'une certaine quantité. On place alors le second élément tubulaire 44 sur l'élément tubulaire 45, et enfin, par dessus Isolément tubulaire 44, l'élément tubulaire 41 qui est suspendu à un palan par son étrier 43.
Si l'on abaisse alors le crochet de charge du palan, les trois, tubes 44,45 et 41 s'enfoncent sous l'action de leur propre poids de plus eh plus profondément dans la masse de combustible, jusqu'à ce que, finalement l'élement tubulaire supérieur 41 vienne reposer par la bride de sa cloche 42 sur la tranche supérieure du tube 59. Lors de cette introduc- tion des tubes 44,45 et 4 dans la chambre du four et dans la masse de combustible, les éléments tubulaires 39 et 40 de la caisse 38 servent de guidage droit , et leur rôle est d'assurer une position correcte des tubes à la place prévue dans la masse de combustible, afin que l'on obtienne une aspiration régulière à lerpéri- phérie.
Cette aspiration se fait en partie par les fentes 48 et en partie par les trous 490 Pour les fentes 48, la forme étroite de ces fentes,, dont la largeur est au maximum de 2 millimètres, empêche les particules de charbon de pénétrer à l'intérieur du tube, Pour les ouvertures 48 et 49 qui sont protégées par les raccords 50, Les canaux annulaires 51 da passage du gaz ont pour effet que les particules deccharbon pénétrant par les ouvertures viennent reposer dans le fond des canaux 52 et ne sont pas entraînées dans l'intérieur du four.
Quand la distillation de la charge de combustibe
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qui se trouve dans la chambre du four est achevée, on extrait les éléments tublaires 41 par le haut, Les éléments tubulaires 44 et 45 demeurent dans le résidu de coke et sont refoules avec ce résidu hors de la chambre, ils sont recueillis à l'extérieur et remis de nouveau en place comme on l'a décrit ci-dessous. Les tubes d'évacuation de gaz 41,44 et 45, au lieu d'être cylindriques, comme on l'a supposé aux dessins, peuvent également âtre prismatiques, par exemple avoir une sec- tion rectangulaire.
Le guidage droit constitué par les morceaux de tubes 39 et 40 de la caisse 38,n'a pas besoin de constituer Un tube fermé; en particulier dans le cas de tubes prismatiques, il peut être remplacé par d'autres'dispositifs de guidage constitués différem- ment,
Le dispositif conforme à la présente invention, convient également bien à l'exploitation des fours à coske qui distillent une masse de charbon pilonée ou comprimée. Dans ce cas on peut incorporer les éléments tubulaires qui doivent être maintenus par la masse de charbon, dans la masse pilonmée ou comprimée, avant d'introduire celle-ci dans la chambre du¯four;l'opé- ration se fait donc en dehors du four, soit pendant, soit après le pil-onnage ou la compression.
Lorsque la masse de charbon se trouve dans la chambre du four, les éléments tubulaires supérieurs sont introduits à travers le ciel du four de façon à venir se joindre aux éléments tubulaires inférieurs incorporés à la maisse Etant données les conditions, il n'y a pas besoin, danè cette région de jonctioné,d'une liaison étanche des tubes entre eux. @
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La présente invention n'est aucunement limitée au mode d'exécution décrit dans lequel les tubes d'évacuation des gaz pénètrent verticalement de haut en bas dans la, chambre de distillation.
On pourrait tout aussi bien envisager d'autres dispositions dans l'espace des éléments tubulaires zinsi que de ces éléments par rapport au four, de même que des élé- ments tubulaires détachables les uns des autres, et qui sont au nombre de deux. Par exemple les tubes pourraient %tre horizontaux? et les tubes extérieurs fixés aux parois latérales du fouro Au lieu des chambres de distillation horizontales prévues aux dessins, on pourrait également avoir des chambres ou des cornues verticales? et en particulier des chambres ou des cornues avec évacuation du résidu de distilla.. tion par le dessus;
l'invention n'en serait pas moins applicable,
Un avantage particulier du dispositif décrit consiste encore en ce qu'il permet d'aspirer les pro- duits de distillation sous une dépression plus grande que d'habitude. En opérant conformément à la présente invention, on peut sans précautions spéciales employer des dépressions multiples des dépressions très faibles employées jusqu' ici, qui allaient au maximum à 2 m.m.
d'eau, bans nuire au fonctionnement du four et de l'appa- reillage d'aspiration on peut employer des dépressions qui, pour les charbons riches en gaz, vont jusqu'à 100 et 200 m/m et même plus Cet emploi de dépressions plus , grandes entraine les avantages supplémentaires d'une accélération notable du processus de distillation,d'un rendement supérieur et d'une amélioration qualitative des produits accessoires et en particulier des hydrocarbures obtenus.