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Four à coke à carneaux de chauffage verticaux pour la combustion étagée.
En vue d'obtenir un chauffage uniforme en hauteur dans les fours à coke ou fours à chambres à carneaux de chauffage verticaux, pour la production de coke et de gaz, il est connu d'introduire soit l'air de combustion, soit le gaz de chauffe dans chaque carneau:.: en plusieurs points de la hauteur de celui-ci, c'est-à-dire d'une manière étagée, par des lumières latérales superposées de section invariable communiquant avec des conduits verticaux ménagés dans l'é- paisseur des cloisons séparant les carneaux de chauffage.
On en trouve un exemple dans le brevet belge n 317.091
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Dans les fours ainsi conçus on obtient toujours, si la cons- truction a été bien effectuée, le genre de chauffage en hau- teur désiré, soit entièrement uniforme, soit s'écartant de l'uniformité dans une mesure voulue et bien déterminée; toutefois, en raison de l'invariabilité de la section des lumières, la répartition en hauteur du chauffage est sensi- blement invariable et ne peut être modifiée qu'entre d'é- troites limites par des changements dans la conduite du four, notamment en changeant les conditions de pression et de tirage.
Cependant, en pratique, la nécessité s'impose de pouvoir.varier dans une plus forte mesure le chauffage en hauteur pour l'adapter à d'importantes modifications appor- tées aux conditions de fonctionnement, par exemple lorsqu'on remplace le charbon précédemment employé par un charbon de nature ou de préparation différente nécessitant un chauffage différent et une autre répartition en hauteur de la chaleur.
Un autre cas où se pose le même problème se présente lors- qu'on emploie alternativement dans les fours à coke ou fours à chambres à chauffage étagé des gaz de chauffe de natures dif- férentes. Il peut arriver alors que, suivant la nature des gaz, la répartition des températures ou de l'intensité de chauffage présente, suivant la direction de la hauteur, des différences qui dans certaines conditions dépassent la limite voulue ou pratiquement admissible. Tel est le cas, parti- culièrement intéressant à citer comme exemple en pratique, des fours dénommés ci-après "fours compound" qui sont des fours à coke chauffés alternativement au gaz riche, qui est généralement leur propre gaz de distillation, et au gaz pauvre, par exemple au gaz de gazogène ou de haut-fourneau.
D'une manière générale, le gaz riche brûle beaucoup plus rapidement et avec une flamme plus courte que le gaz pau-
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vre, de sorte qu'un four qui, lors-de l'emploi de gaz riche, est chauffé rationnellement de façon étagée en hauteur, a une grande tendance à présenter, lorsqu'on emploie le gaz pauvre brûlant plus lentement, un chauffage relativement plus fort dans'les parties supérieures du piédroit.
Suivant l'invention on résout le problème, pour un four à coke à carneaux de chauffage verticaux, dont les cloisons de séparation contiennent des conduits verticaux à lumières de sortie de section invariable ménagées laté- ralement à des niveaux différents pour l'introduction d'air de combustion ou de gaz de chauffe, ou pour l'admission si- multanée de ceux-ci, en établissant à l'extrémité d'entrée de chaque carneau de chauffage, c'est-à-dire, dans le cas de carneaux de chauffage où la combustion progresse de bas en haut, au pied de ceux-ci des tuyères spéciales destinées à admettre un excès, réglable individuellement pour chaque carneau, soit d'air, soit de gaz pauvre, soit encore de l'un et de l'autre de ces fluides.
De cette façon, l'admission de combustible et/ou de comburant par les conduits verticaux, qui s'étend sur une hauteur relativement grande et qui, en raison de l'invariabilité des lumières de sortie des conduits, est répartie en hauteur d'une manière invariable, se trouve complétée, à l'extrémité d'entrée ou pied de chaque carneau de chauffage, par une admission additionnelle de combustible et/ou de comburant qui est réglable en quantité. En raison de la possibilité, ainsi réalisée, de varier le débit de ces deux admissions, on est en mesure de faire varier en même temps la répartition en hauteur du combustible ou comburant considéré.
Dans un four compound, par exemple, on peut donc, si on chauffe au gaz riche, modérer l'admission additionnelle
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d'air au pied de chaque carneau de chauffage et contre- carrer ainsi la tendance du gaz riche à brûler rapidement et avec une flamme chaude au voisinage de son entrée située au pied du carneau. D'autre part, si on chauffe le même four au gaz pauvre, on peut renforcer l'admission additionnelle d'air et de gaz pauvre au pied de chaque carneau de chauffage et activer ainsi la combustion dans les parties inférieures des carneaux, la modérer dans les parties supérieures et arriver de cette façon également à un chauffage uniforme en hauteur.
Les dessins annexés représentent un exemple d'exé- cution d'un four à coke horizontal à carneaux de chauffage verticaux et à régénérateurs en tunnels s'étendant sur toute la longueur de la batterie de fours.
La Fig. 1 est une coupe verticale longitudinale, ne comprenant que la moitié gauche du four à coke et faite, exclusivement à travers le piédroit, suivant la ligne A-B de la Fig. 2 dans la partie gauche, suivant la ligne C-D de la Fig. 2 dans la partie médiane et suivant la ligne E-F de la Fig. 3 dans la partie droite. En plan, la position de ces trois coupes partieles est donnée approximativement par la ligne brisée STUVWZ de la Fig. 4.
La Fig.\2 est une coupe verticale transversale faite suivant la ligne L-M de la Fig. 1 dans la partie gauche et suivant la ligne N-M de la Fig. 1 dans la partie droite.
La Fig. 3 est une coupe verticale transversale analogue suivant la ligne P-R de la Fig. 1 dans la partie gauche et suivant la ligne 0-R de la Fig. 1 dans la partie droite.
La Fig. 4 est une vue en plan correspondant à la Fig. 1 et elle comprend, dans la partie gauche, une coupe
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horizontale suivant la ligne G-H des Figs. 1 et 2 et, dans la partie droite, une coupe horizontale suivant la ligne J-K de ces figures.
Les Figs. 5 et 6 sont des coupes verticales trans- versales d'une variante d'exécution, qui correspondent res- pectivement aux Figs. 2 et 3.
Le four à coke représenté est un four à coke à régé- nération et à piédroits subdivisés en deux moitiés échangeant alternativement leurs fonctions avec le changement de sens du tirage, dans lequel, de la manière usuelle, l'une des moitiés du piédroit est chauffée, suivant le moment consi- déré, par un courant ascendant de gaz de combustion, tandis que l'autre moitié est parcourue par un courant descendant de gaz brûlés s'écoulant vers les régénérateurs. Les piédroits établis entre les chambres 1 du four (Fig. 2 et 3) compor- tent des carneaux verticaux 2 (Fig. 1) alimentés par en bas de combustible et comburant frais et dans lesquels, par con- séquent, la combustion se produit de bas en haut.
En-dessous de chaque piédroit sont ménagés un carneau de distribution de gaz 3 à tuyères 4, s'étendant des faces extérieures du four jusqu'au milieu de celui-ci et raccordé à une conduite d'admission de gaz riche 5 régnant sur toute la longueur de la batterie de fours, et deux carneaux de sole 6 et 7. Dans la fondation, en-dessous des carneaux de sole 6 et 7, sont établis, dans chaque moitié de four, des régénérateurs 8 et 9 qui, selon la construction usuelle, s'étendent suivant la direction longitudinale de la batterie de fours. Le régéné- rateur 8 est subdivisé en chambres distinctes par des cloi- sons verticales transversales 10 (Fig. 2) de telle manière qu'une seule chambre corresponde à chaque piédroit, tandis
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que le régénérateur 9 s'étend d'un seul tenant sur toute la longueur de la batterie.
Chaque chambre du régénérateur 8 communique par une cheminée supérieure 11 avec le carneau de sole 6 disposé au-dessus d'elle (voir Fig. 2) et, d'une ma- nière analogue, le régénérateur 9, qui est d'un seul tenant, est relié par des cheminées 12 à tous les carneaux de sole 7 (voir Fig. 3). En-dessous s'étend parallèlement au régénéra- teur 8, sur toute la longueur de celui-ci, un carneau col- lecteur 14 qui communique avec lui par des carneaux transver- saux 13; parallèlement au régénérateur 9, en-dessous de celui-ci,s'étend un carneau collecteur 16 qui communique avec lui par des cheminées 15. Dans chacun des carneaux transver- saux 13 du régénérateur 8 débouche en outre une conduite d'em- branchement 17 raccordée à la conduite d'admission de gaz pau- vre 18 qui s'étend sur toute la longueur de la batterie de fours.
Les carneaux de sole 6 et 7 sont reliés par des embranchements 19 et 20 (voir Fig. 2 et 3) à des conduits verticaux 23 et 24 ménagés dans les cloisons de séparation
21 et 20 (Fig.l) entre les carneaux de chauffage, chacun de ces conduits comportant plusieurs lumières de sortie 25 et
26 ménagées à des niveaux différents et ayant, ainsi que le montre le dessin une section invariable. La disposition est telle que les conduits 23 des cloisons 21 communiquent toujours avec les carneaux de sole 6 et les régénérateurs 8, tandis que les conduits 24 des cloisons 22 alternant avec les cloisons 23 communiquent avec les carneaux de sole 7 et les régénérateurs 9.
Que le chauffage se fasse au gaz riche ou au gaz pauvre, les régénérateurs 9 servent toujours à réchauffer l'air de combustion, et les carneaux 7 ainsi que les conduits
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24, qui communiquent avec eux, servent à distribuer l'air de combustion aux différents carneaux de chauffage 2. Par contre, les régénérateurs 8 et les carneaux 6 et conduits 23, qui communiquent avec eux, ne servent à réchauffer ou à distri- buer l'air que lors du chauffage au gaz riche, mais ils servent à réchauffer et à distribuer le gaz pauvre lors du chauffage au gaz pauvre. A chaque régénérateur 8 ou 9 re- présenté sur la Fig. 1 corresponde dans la moitié non re- présentée du four, un régénérateur semblable qui coopère avec lui de la manière usuelle, selon le sens du tirage.
Suivant l'invention, on prévoit outre l'admission et la distribution décrites de gaz pauvre ou d'air aux dif- férents carneaux de chauffage, une seconde admission et distribution de ces combustible, et comburant, qui sont re- liées aux mêmes régénérateurs respectifs. A cet effet on établit au-dessus de chaque carneau de sole 6 un second car- neau horizontal 27 et au-dessus de chaque carneau de sole 7 un second carneau horizontal 28 (Figs.2 et 3). Des carneaux 27 partent des tuyères 29 et des carneaux 28 partent des tuyères 30, qui débouchent au pied de chaque carneau de chauffage 2.
Les carneaux 27 sont reliés au régénérateur., 8 par des conduits d'embranchement verticaux 31 et 32 ménagés dans la cloison verticale séparant deux carneaux 6 adja- cents (voir fig. 2), et les carneaux 28 sont reliés d'une manière correspondante au régénérateur.9 par des conduits 33 et 34 pratiqués dans la cloison verticale séparant deux carneaux 7 adjacents (voir Fig. 3). Les embouchures des con- duits d'embranchement 31, 32, dans les carneaux horizontaux 27, sont pourvues de registres 35 (Fig. 2), et les embou- chures des conduits d'embranchement 33, 34, dans les car-
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neaux horizontaux 28, sont munies de registres 36 semblables (Fig. 3 et 1).
Grâce à la disposition suivant l'invention, décrite ci-dessus, il devient possible d'admettre dans chaque car- neau de chauffage, sous forme de deux courants distincts ré- glables quantitativement l'un par rapport à l'autre, le combustible ou le comburant quittant après réchauffage un des régénérateurs 8 ou 9 l'un de ces courants se répartissant, à travers les carneaux de sole 6, 7 et les conduits respec- tifs 23 et 24 y reliés, sur une hauteur relativement consi- dérable du carneau de chauffage, tandis que l'autre courant n'est admis qu'au pied du carneau de chauffage, à. travers les tuyères respectives 29 et 30.
On opère le réglage quan- titatif de chacun de ces courants au moyen des registres 35 et 36 disposés dans les carneaux horizontaux 27 et 28 au- dessus des embouchures des conduits d'embranchement 31, 32, 33, 34, en rapport avec le réglage habituel de la totalité des agents de combustion réchauffés entrant dans chacun des régénérateurs.
Pour le gaz pauvre, ce réglage total s'opère au moyen des robinets 37 montés entre la conduite d'admis- sion principale 18 et les différents carneaux d'embranche- ment 17, tandis que pour l'air de combustion ce réglage to- tal s'effectue, en ce qui concerne le régénérateur 9, à l'ex- trémité d'entrée des carneaux collecteurs 16 et qu'il s'ef- fectue en ce qui concerne le régénérateur 8, c'est-à-dire lorsque celui-ci doit réchauffer l'air pour le chauffage au gaz riche, au moyen de dispositifs (non représentés), montés à l'extrémité d'entrée du carneau collecteur, qui, en règle gé- nérale, sont des registres du genre usuel.
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Lorsqu'on chauffe le four à coke au gaz riche qui entre dans les différents carneaux de chauffage 2 par la con- duite principale d'admission 5, le carneau de distribution de gaz 3 et les tuyères de pied 4, on admet de l'air de com- bustion tant aux régénérateurs 8 par les carneaux 14 et 13, ainsi qu'au régénérateur 9 par le carneau collecteur 16, et on le distribue, après réchauffage, tant aux carneaux de sole 6 et 7 par les cheminées 11 et 12, qu'aux carneaux horizon- taux 27 et 28 par les conduits d'embranchement 31, 32 et 33, 34.
L'air entre dans les carneaux de chauffage de tous ces carneaux horizontaux 6, 7, 27 et 28, en partie par les divers conduits verticaux 23 et 24 et leurs lumières de sortie la- térales 25 et 26, en se répartissant de façon étagée sur une hauteur relativement grande, et en partie par les diverses tuyères 29 et 50, au pied de chaque carneau de chauffage.
Afin que, dans ce cas, la chaleur produite par la combustion du gaz riche admis à la base ne se concentre pas dans une trop forte mesure à la partie inférieure de chaque carneau de chauffage, on a soin d'étrangler suffisamment, au moyen des registres 55 et 56, les conduits d'embranchement 31, 32 33 et 34 pour qu'une quantité d'air relativement petite soit admise à travers les tuyères de pied 29 et 30 à la par- tie inférieure des carneaux de chauffage et pour que la plus grande partie de l'air de combustion soit amenée, à travers les conduits verticaux 23 et 24, de façon étagée en hauteur, à la partie supérieure des différents carneaux de chauffage.
Lorsqu'on veut chauffer le four à coke au gaz pauvre, celui-ci est admis d'abord de la conduite principale 18, par les carneaux d'embranchement 17, au régénérateur 8, et de là on l'envoie dans les différents carneaux de chauffa-
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ge, simultanément, tant par les carneaux de sole 6 et les conduits 23 à lumières 25, ménagés dans les cloisons de sé- paration paires 21, que par les carneaux horizontaux 27 et les tuyères de pied 29. En même temps l'air de combustion est admis du carneau collecteur 16, en vue de son réchauffage, au régénérateur 9, et de là on¯l'envoie dans les différents carneaux de chauffage tant par les carneaux de sole 7 et les conduits 24 à lumières 26, ménagés dans les cloisons de sé- paration impaires 22, que par les carneaux horizontaux 28 et les tuyères de pied 30.
Pour éviter que la combustion lente du gaz pauvre n'ait pour effet une intensité de chauf- fage excessive à la partie supérieure de chaque carneau:- de chauffage, on a soin d'ouvrir suffisamment, au moyen des registres 35 et 36, les conduits d'embranchement 31, 32, 33,
34 afin qu'une quantité de gaz pauvre et d'air relativement plus grande entre à travers les tuyères respectives 29 et 30 à la base de chaque carneau de chauffage et pour que, de cette façon, soit compensée l'intensification de la chaleur à la partie supérieure du carneau de chauffage, qui se produirait sans cela, c'est-à-dire pour qu'on obtienne un chauffage en hauteur sensiblement uniforme ou d'inégalité voulue.
Bien entendu, les moyens caractéristiques permet- tant de régler le chauffage en hauteur dans chaque cas par- ticulier de fonctionnement envisagé, conviennent tant pour un chauffage en hauteur purement uniforme que pour une répar- tition de l'intensité de chauffage, suivant la direction de la hauteur, telle que, soit la partie inférieure, soit la partie supérieure du piédroit soit chauffée plus fortement.
Les figs. 5 et 6 concernent une variante d'exécution dans laquelle on emploie, au lieu des régénérateurs longitudi- naux représentés sur les figs. 1 à 4, qui s'étendent en tunnels, de la manière usuelle, sur toute la longueur de la batterie, des régénérateurs dénommés ci-après "régénérateurs transversaux" qui s'étendent, de la manière connue, sous
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chaque chambre de four parallèlement à celle-ci et compren- nent,outre une chambre de régénération' pour le réchauffage de l'air, une seconde chambre de régénération pour le réchauf- fage, au choix, soit d'air, soit de gaz pauvre.
La Fig. 5 est une coupe transversale qui correspond sensiblement à la coupe représentée sur la Fig. 2, et la Fig. 6,correspond de même sensiblement à la fig. 5, c'est-à-dire que la Fig. 5 montre approximativement la distribution, à partir des cham- bres de régénérateur jusqu'aux carneaux de chauffage, du gaz pauvre à réchauffer, tandis que la Fig. 6 montre cette dis- tribution pour l'air à réchauffer.
Sur les deux Figs. 5 et 6 on reconnaît les chambres de four 1 et les piédroits qui les séparent, percés de car- neaux de chauffage verticaux 2. En-dessous de ces piédroits s'étendent sur toute la longueur de la chambre les murs de support épais 37. Entre ceux-ci sont disposés alternativement des paires de régénérateurs de gaz 38, séparés par une cloison 39 relativement mince,et des paires de régénérateurs d'air 40, séparés par une cloison intermédiaire 41. Dans les par- ties supérieures des murs de support 37 sont établis les car- neaux de distribution de gaz riche 3 avec leurs tuyères 4.
Les ruchages des régénérateurs transversaux 38 et 40 attei- gnent une hauteur telle qu'il subsiste encore, dans les par- ties supérieures de toutes les chambres de régénérateur, des espaces libres en forme de carneaux 42 et 43 qui correspondent aux carneaux de sole 6 et 7 des Figs. 1 à 4. Les carneaux 42 communiquent, à travers les conduits d'embranchement 19, avec les lumières de sortie 25 (voir Fig. 5), et les carneaux 43 communiquent, à travers des conduits d'embranchement sembla- bles 20,avec les lumières de sortie 26 (Fig. 6). Cette disposition correspond entièrement à la disposition des car-
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neaux et conduits 19, 20, 23, 24, 25, 26 des Figs. 1 à 4.
Au- dessus des carneaux horizontaux 42 et 43 sont établis des carneaux horizontaux 44 et 45 qui correspondent entièrement, eux aussi, aux carneaux horizontaux 27 et 28 des Figs. 1 à 4 et comportent, comme ces derniers, des tuyères 4 débouchant dans chaque carneau de chauffage 2 au pied de celui-ci. Ces carneaux de distribution horizontaux additionnels 44 et 45 sont alimentés de gaz de chauffe ou d'air arrivant des régé- nérateurs correspondants 38 et 40 non pas comme dans l'exem- ple des Figs. 1 à 4, mais à travers des passages 46 (Fig.5) et 47 (Fig. 6) ménagés dans les cloisons horizontales entre les carneaux 42,44 et 43,45 respectifs. Chacun de ces passages 46 et 47 comporte de nouveau un registre 35 ou 56 comme sur les Figs. 1 à 4.
Les chambres de régénérateur 38 et 40 ainsi que les carneaux de distribution horizontaux 42, 43, 44, 45 et 3 établis au-dessus d'elles ne s'étendent que sur la moitié de la longueur du four, de la même manière que c'est représenté sur la Fig. 1 pour les carneaux 3 6, 7, 27 et 28, c'est-à-dire que toute l'infrastructure du four est séparée par une cloison au milieu de la longueur des cham- bres, de sorte qu'il y a de nouveau deux moitiés de four coopérantes.
Les Figs. 5 et 6 font comprendre que, dans ce cas aussi, on a la possibilité d'amener les agents de combustion à réchauffer, soit le gaz soit l'air arrivant des chambres de régénérateurs respectives 38 et 40, sous forme de deux courants quantitativement réglables dont l'un s'écoule par les carneaux verticaux 23 et 24 et les lumières de sortie 25 et 26 et dont l'autre est admis aux tuyères de pied 29 et 30, de sorte que cette disposition permet, elle aussi, d'arriver au même résultat que celle des Figs. 1 à 4.
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Le réchauffage au moyen de régénérateurs des divers agents de combustion (air et gaz de chauffage), décrit dans les exemples d'exécution précédents, ou encore l'emploi analogue de récupérateurs, ne constitue pas une condition essentielle de l'invention. L'invention est aussi bien applicable aux fours à coke dont le fonctionnement se borne à un réchauffage partiel des agents de combustion (par exem- ple, de l'air seulement) ou ne comporte même aucun réchauf- fage.
Les avantages de l'invention sont apparents notam- ment dans les fours à carneaux de chauffage verticaux de grande hauteur, car d'une manière générale, à mesure que cette hauteur croit, les difficultés, qui s'opposent à une répartition en hauteur bien déterminée ou variable de l'in- tensité de chauffage, augmentent tout naturellement. Aussi l'invention est-elle applicable avantageusement non seule- ment aux fours à chambres horizontales, mais encore aux fours à chambres inclinées ou verticales dans lesquels, par suite de la construction particulière de celles-ci, les carneaux de chauffage atteignent une très grande hauteur.
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