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MÉMOIRE DESCRIPTIF
DÉPOSÉ A L'APPUI D'UNE DEMANDE
DE BREVET D'INVENTION la COMPAGNIE GENERALE DE CONSTRUCTION DE FOURS Perfectionnements aux Chauffage des fours spécialement des fours à coke.
Demande de brevet français en sa faveur du 31 août 1945
Le présent.. brevet a pour objet un perfectionnement au chauffage des fours par courants gazeux périodiquement in- versés dans les carneaux de combustion (Fours à régénération de chaleur). Afin de concrétiser l'invention, la description qui va suivre se rapporte, dans certaines de ses parties, à l'équi- pement d'un four à carboniser la houille, en chambres horizon- tales, dit "four à coke"; il est bien précisé cependant que le mode de chauffage, dont il est question, peut être appliqué à tout autre type de four chauffé au moyen d'un combustible gazeux quelle que soit l'opération industrielle envisagée; en particu- lier les carneaux chauffants et autres organes constitutifs peu- vent être disposés ou arrangés de toute autre façon sans sortir du cadre de l'invention.
Dans le même but de décrire une application de l'in- vention portant sur un cas concret et précis on supposera, par exemple, qu'il s'agit d'alimenter un four à coke dont les pie- droits sont pourvus de carneaux chauffants verticaux jumelés deux à deux (en forme de U renversés) suivant le système habi- tuellement connu sous la désignation de chauffage "en épingle à cheveux".
Le chauffage des fours de ce genre peut être effectué: soit avec du gaz riche ci-après désigné: GR, c'est-à-dire du gaz de distillation de la houille (à 4.500 - 5.200 kcal/m3); soit avec du gaz pauvre de gazogène ou de haut-fourneau (à 950 - 1.300 kcal/m3) ci-après désigné : GP, Le four doit, en général, pouvoir utiliser, indifféremment mais successivement, soit le GR soit le GP, il est alors appelé: Four compound", la descrip- tion se rapporte, non limitativement, à un tel four.
Dans la marche en GR seul l'air de combustion est seul réchauffé dans les régénérateurs, en sorte que le nombre des cellules ou chambres de régénération de chaleur doit être pair, la moitié de ces chambres recevant des fumées pendant que
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l'autre moitié sert au chauffage de l'air, dans la marche au GP, au contraire, l'air et le gaz doivent être chauffés l'un et l'autre, séparément, il s'en suit que, dans les dispositions ha- bituelles, le nombre des cellules ou chambres de régénération est un multiple de quatre : deux cellules recevant les fumées réchauffant les empilages de briques tandis qu'une cellule sert au chauffage de l'air et l'autre au chauffage du gaz (GP) ;
il est clair que l'on passe aisément du dispositif chauffage GP au chauffage GR en couplant les cellules deux à deux, comme le montre le schéma symbolique suivant :
En représentant par F, A et C les cellules recevant, respectivement des fumées, de l'air et du gaz (GP) on obtient les schémas ci-après:
Marche au GP
1 ) période: F F A G G A F F F F A G G A .........etc.
2 ) periode: G A F F F F A G G A F F F F .......etc.
Marche au GR
1 ) période: F F A A A A F F F F A A A A .........etc.
2 ) période: A A F F F F A A A A F F F F .......etc.
Les différentes dispositions imaginées jusqu'à ce jour ont pour but d'éviter dans toute la mesure du possible les deux inconvénients ci-après qui nuisent au bon rendement et à l'écnno- mie du chauffage : a) Repassage de gaz entre les cellules gaz (G) et les cellules fumées (F); car ces repassages conduisent 1 une perte radicale du gaz de fuite. b) Repassage d'air dans le gaz ou de gaz dans l'air, soit dans les cellules de régénération elles-mêmes, soit dans les carneaux de la partie du four dite "partie intermédiaire"; ces fuites ont pour effet de provoquer une précombustion qui élève dangereu- sement la température et qui correspond d'ailleurs à une perte appréciable de calories.
Mais toutes les dispositions, auxquelles il vient d'être fait allusion, sont impuissantes à éviter les inconvénients sui- vants qui sont absolument inévitables, à l'heure actuelle, dans tous les systèmes connus comportant des chambres de réchauffage de GP. a) Fuites de gaz à la cheminée, par défaut d'étanchéité du sys- téme des clapets d'inversion, ces fuites sont d'autant plus fréquentes que les boites à clapet sont soumises à des variations de température et subissent de ce fait des dilatations irrégu- hères. b) Pertes de gaz à la cheminée par "vidange" de la chambre à cha- que fin d'inversion. c) Risque d'exploitation lorsque, par suite d'une fausse manoeuvre ou d'un défaut de réglage, il se forme dans la chambre un mé- lange explosif d'air et de gaz.
Il résulte de ces deux groupes d'inconvénients que le réchauffage,du GP par régénérateurs à inversion, théoriquement
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parfait, est cependant un leurre du point de vue économique pra- tique; on arrive ainsi à cette conclusion qu'il vaut mieux accep- ter un chauffage au gaz à une température un peu moins élevée si, à ce prix, il est possible de mieux réchauffer l'air et surtout d'éviter radicalement les repavages et les fuites. L'économie générale du chauffage s'en trouve généralement améliorée; les accidents (explosipns et pré-combustionslocales) sont évités, la durée des fours s'en trouve accrue et les frais d'entretien di- minués.
L'invention, objet du présent brevet, obvie aux incon- vénients précédemment signalés et réalise le programme qui vient d'être proposé par la suppression de la régénération de chaleur sur le GP et son remplacement par un réchauffage suivant le mode "récupération continuen par l'intermédiaire d'un échangeur de cha- leur métallique.
On notera cependant que la disposition consistant à utiliser un four équipé pour utiliser le GR pur (sauf à adopter des sections suffisantes pour les carneaux et les brûleurs afin de permettre le passage du GP), et à réchauffer le GP d'alimentation dans un récupérateur continu métallique placé dans le carneau général d'évacuation des fumées (traînasse), ne constitue pas une solution acceptable du problème proposé.
En effet si - dans le chauffage au GP - on fait passer la totalité des fumées dans les régénérateurs de chauffage d'air, un calcul simple montre que la température de ces fumées, à la sortie des dits régénérateurs, est au minimum de l'ordre de 580 ; cette température est trop éle- vée pour permettre le passage direct dans les boites d'inversion métalliques:outre le rayonnement intense et très commode de ces bottes il y aurait lieu de craindre quelles ne soient l'objet d'une détérioration rapide.
On pourrait aussi envisager une disposition consistant à prélever, d'une façon continue, une partie des fumées sortant du laboratoire (aux environs de 1.000 par exemple ) et à les diriger sur un récupérateur continu métallique réchauffant le gaz) tandis que l'autre fraction de fumées serait envoyée, suivant la technique habituelle, dans les régénérateurs de chauffage de l'air à marche alternative,la température d'évacuation des fumées serait ainsi ramenée à une valeur acceptable.
Ce dispositif présen- terait cependant un double inconvénient d'une part, les tubes récupérateurs de chauffage du GP seraient soumis à une température extérieure inadmissible - à moins d'employer des alliages spéciaux d'un prix élevé - et, d'autre part, l'inversion sur le gaz- qui reste nécessaire puisque la régénération sur l'air implique un chauffage alterné - devrait obligatoirement se faire sur le gaz chaud ce qui comporterait le fonctionnement d'un inverseur (robinet à trois voies ou équivalent) à une température telle que son fonc- tionnement serait des plus aléatoires et son étanchéité à coup sûr très défectueuse.
Les inventeurs ont trouvé qu'il était possible de se soustraire à ces difficultés en plaçant les tubes métalliques de réchauffage du gaz après l'empilage destiné au réchauffage de l'air mais avant la boite d'inversion d'évacuation des fumées à la trainasse.
Dans le régénérateur recevant les fumées celles-ci se trouvent en effet, au bas de l'empilage, à une température de l'ordre de 550 à 600 suffisants pour réchauffer le gaz à une températire du même ordre (puisque le volume de fumées est environ le double de celui du gaz), mais non dangereuse pour les tubes métalliques du réchauffeur de gaz.
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Le schéma général du dispositif est donc le suivant: les cellules de régénération sont en nombre pair : les uns re- çoivent des fumées tandis'que les autres réchauffent de l'air et ceci jusqu'à ce que l'inversion amène le renversement de la circulation des fluides; toutes les cellules sont munies, après l'empilage de briques mais avant la sortie de fumées, d'un échan- geur par surface pour le réchauffage du gaz.
Si l'on considère un instant donné du fonctionnement tel que, par exemple, que les cellules de rang pair P reçoivent des fumées tandis que les cel- lules de rang impair 1 réchauffent l'air; les brûleurs actuelle- ment en service ( qui seront désignés par I') reçoivent l'air des cellules I et le gaz des récupérateurs placés au bas des cel- lules P; les brûleurs non actuellement en service (désignés par P') reçoivent les fumées des brûleurs I' et les transmettent aux cellules P. A 31'inversion suivante les cellules P reçoivent de l'air, les cellules 1 des fumées, les brûleurs P' de l'air provenant de P et du gaz provenant du récupérateur place au bas de I, les brûleurs l'des fumées qui sont envoyées aux cellules I.
Les inversions sur l'air, sur les fumées et sur le gaz sont aisément obtenues en reliant les inverseurs (robinets à trois voies, boites à clapet ou appareils équivalents) aux trin- gles de commande des mécanismes d'inversion; suivant le dispositif classique, deux tringles parcourent tout le front de la batterie de fours et ces tringles sont animées de mouvements inverses.
En outre de cet arrangement principal l'invention est caractérisée par d'autres dispositions qui concourent à l'obten- tion des résultats recherchés; ces dispositions résultant de ce qui suit : elles peuvent être employées ensemble ou séparément, conjointement ou non avec l'arrangement dit principal sans, pour cela, sortir du cadre de l'invention.
On a reconnu tout d'abord qu'il n'est pas indiqué, dans la phase de réchauffage de l'air, d'envoyer l'air froid sur les tubes de réchauffage de gaz ; eneffet les tubes seraient ainsi refroidis et, lors de la phase suivante ils ne commenceraient à fournir du gaz chaud qu'avec un certain retard; au contraire, en admettant l'air froid au-delà des tubes, et même en maintenant entre l'entrée d'air et les dits tubes un certain volume de briques formant "volant thermique", l'appareil de chauffage du gaz est en état de fournir du gaz chaud dès sa mise en service.
Dans ces conditions l'inverseur-distributeur d'air est distinct de l'inverseur-fumées; il fonctionne donc toujours à froid et il peut, de ce fait, être notablement simplifié et allégé tout en conservant un fonctionnement satisfaisant: il peut être constitué par un simple clapet ouvrant à l'air libre ou par un simple robinet à boisseau ouvrant sur une canalisation d'air (air soufflé) .
L'inverseur-fumées, également très simplifié, consiste en une simple boite à clapet: au contraire de l'inverseur-air il reste toujours chaud n'étant jamais parcouru par de l'air froid; il n'y a donc pas à craindre pour lui des variations de dilatation.
On remarquera que, dans le système, l'inverseur-air, aussi bien que l'inverseur-fumées, n'ont pas besoin d'avoir une étanchéité parfaite, les fuites d'air à la traînasse n'ayant pas une importance capitale ; on pourra donc employer des appareils simples et robustes d'un entretien et d'un réglage faciles.
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L'inverseur-gaz sera placé avant l'entrée du gaz dans le faisceau de chauffage du récupérateur ; appareil fonctionnai ainsi toujours à froid pourra être très simple et on pourra fa- cilement obtenir une excellente étanchéité entre le collecteur général de gaz et les régénérateurs, et une étanchéité absolue entre le circuit de gaz et l'extérieur.
Il résulte des dispositions adoptées, que l'invention est en outre caractérisée par un mode d'exploitation particulie- rement avantageux en ce qui concerne les fours à coke "compound".
On sait que ces fours sont utilisés soit par des co- keries gazières, soit par des cokeries alimentant en gaz des usi- nes chimiques ou métallurgiques ; ailleurs, d'une part, les fours à coke se prêtent assez mal à des variations d'allure importantes et rapides et, d'autre part, certaines usines à gaz voient leur émission varier considérablement d'un jour à l'autre de la semaine : (tel est le cas des Usines à gaz de la Ville de Paris le dimanche pendant la belle saison), certaines usines chimiques ou métallurgiques peuvent également occasionner des "creux" importants, quoique de faible durée pour la courbe d'émission.
Pour éviter toute perte de gaz, lorsque la capacité gazométrique est réduite, on est ainsi conduit à passer rapide- ment de la marçhe en GP a la marche en GR sur un nombre plus ou moins important de fours. Avec les fours actuels l'opération nécessite un certain nombre de manoeuvres qui demandent un temps et des soins non négligeables ; contraire avec le système décrit dans le présent brevet il est visible que l'on peut pas- ser progressivement et d'une façon absolument continue de la marche au GP à la marche au GR par une alimentation mbxte; il suffit pour procéder correctement à la manoeuvre d'installer sur chacune des canalisations GR et GP un indicateur de débit et de suivre leurs indications.
Cette possibilité est dûe au fait que le volume des chambres de réchauffage de l'air-est suf- fisant pour chauffer la totalité de l'air nécessaire à la com- bustion du.GR et que pour employer ce dernier il n'est pas nécessaire d'effectuer la manoeuvre consistant à faire passer l'air supplémentaire par les régénérateurs GP.
L'invention objet du présent brevet eut, ainsi qu'il a été dit, être réalisée de diverses manieres et pour des applications différentes ; est néanmoins caractérisée, en tant que de besoin, par la description ci-après et par les Figures annexées qui se rapportent au cas particulier d'un four à coke.
La figure 1 représente une coupe verticale par les plans AA' (voir fig. 2) perpendiculaires aux plans médians des chambres de distillation.
La figure 2 représente : pour la partie de gauche: une coupe suivant BB' de la partie gauche d'un four ; pour la partie médiane: une coupe suivant CC' de la partie centrale d'un four ; pour la partie droite : coupe suivant DD' de la partie droite d'un four.
La figure 3 représente schématiquement l'équipement des appareils d'inversion.
On suppose qu'à l'instant considéré les cellules de-régénération de repère I sont parcourues par de l'air et les cellules de repère P sont parcourues par des fumées. L'air provient de deux canaux aa situ'és dans la sole des cellules de régénération; après s'être réchauffé au contact des empi-
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lages de briques non représentés sur la figure,il gagne par les canaux bb, les brûleurs situés au bas des carneaux de chauf- fage I'I'. Le gaz provient des échangeurs par surface ss situés au bas des cellules P; il monte par une canalisation C extérieure au four et calorifugée jusqu'au carneau sous sole d d'où il se répartit par les canaux ee aux différents brûleurs I'I'.
Les gaz brûlés montent dans les carneaux I'I' jusqu'aux ouvertures supé- rieures ff et redescendent dans les carneaux P'P', delà ils gagnent les becs des brûleurs situés au bas de ces carneaux et par les canaux gg ils parviennent dans les cellules de régénéra- tion PP où ils rechauffent les briques d'empilage. Au bas de ces cellules ils sortent par les orifices hh, circulent autour des échangeurs ss et sont finalement évacuas par les carneaux JJ dé- bouchant dans la trainasse par-les clapets kk.
L'alimentation en gaz riche se fait selon le mode ha - bituel des fours à coke au moyen de canaux de sous sole 11 alimen- tant les busettes des brûleurs m.
Naturellement ainsi que cela résulte du principe même du systèrue de chauffage, tous les mouvements gazeux sont inversés à chaque demi-période.
Le schéma de la Fig. 3, dont le fonctionnement se com- prend aisément comme conséquence de ce qui précède, a principale- ment pour but de montrer qu'au moyen de distributeurs appropriés - du genre de celui représenté en détail dans l'angle droit supé- rieur du dessin ou de tout autre équivalent-il est possible d'équiper deux fours voisins avec un seul jeu de distributeurs pour l'air, le GP et le GR; seuls les clapets k et k' doivent être distincts mais il est possible de les réunir dans une même boite.
Il résulte de cette réduction du nombre des appareils de distribu- tion deux avantages notables : tout d'abord une économie nota- ble dans les frais d'établissement et, en second lieu un moindre encombrement des galeries de service.
Sur le schéma de la Fig. 3 des flèches repérées GR, 02, GP et F marquent, respectivement, les entrées de gaz riche, d'air, de gaz pauvre et la sortie des fumées, (pour plus de clarté dans la figure on a supprimé les canalisations principales d'ame- née du GR et du GP). On doit signaler qu'avec ce dispositif il est toute indiqué d'amener également l'air, au moyen d'une cana- lisation sous faible pression (ventilateur hélicoïde ou centrifuge).
Ainsi, en amenant ces trois fluides sous pression il est facile d'en régler et d'en contrôler le débit.
Dans ce qui précède on a supposé quellegazétait réchauffé par les échangeurs a placés au bas des cellules P recevant les fumées. A titre de variante, l'invention comporte un mode de ré- chauffage basé sur le principe des poëles à accumulation de cha- leur : Si l'on suppose que les surfaces des échangeurs placés au bas des cellules de régénération sont enveloppées d'une couche d'épaisseur suffisante d'une matière moyennement conductrice et d'une chaleur spécifique relativement élevée on peut obtenir - en proportionnant convenablement les surfaces et les épaisseurs suivant un calcul thermique classique -un décalage de l'onde calorifique correspondant à un.demi-période;
cette variante présente l'intérêt de protéger très efficacement les surfaces métalliques contre les coups de feu mais, par contre, elle exige une surface d'échange plus grande que les récupérateurs nus; dans la mise en oeuvre de cette variante il est clair que les échangeurs s' (et non ± doivent être reliés aux carneaux d et les échangeurs s au carneaux d'.
A -
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par GR. D'autre part, l'indépendance de l'alimentation en GP et en GR permet de passer progressivement et d'une façon continue de la marche en GP pur 9 la marche en GR pur (ou inversement) par une alimentation mixte.
B) - A titre d'exemple de réalisation, application du système dé- crit au chauffage d'un four coke comportant des carneaux chauf- fants verticaux communiquant deux à deux à leur partie supérieure (chauffage dit en épingle à cheveux).
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DESCRIPTIVE MEMORY
SUBMITTED IN SUPPORT OF A REQUEST
OF INVENTION PATENT the COMPAGNIE GENERALE DE CONSTRUCTION DE FOURS Improvements to Heating ovens, especially coke ovens.
French patent application in his favor of August 31, 1945
The present patent relates to an improvement in the heating of furnaces by gas currents periodically reversed in the combustion flues (heat regeneration furnaces). In order to give concrete form to the invention, the description which will follow relates, in some of its parts, to the equipment of a furnace for carbonizing coal, in horizontal chambers, called a “coke furnace”; it is clearly specified, however, that the heating method in question can be applied to any other type of furnace heated by means of a gaseous fuel whatever the industrial operation envisaged; in particular, the heating flues and other component parts can be arranged or arranged in any other way without departing from the scope of the invention.
With the same aim of describing an application of the invention relating to a concrete and precise case, it will be assumed, for example, that it is a question of supplying a coke oven whose piers are provided with heating flues. vertical paired two by two (in the shape of an inverted U) following the system usually known as the "hairpin" heater.
The heating of furnaces of this type can be carried out: either with rich gas hereinafter referred to: GR, that is to say coal distillation gas (at 4,500 - 5,200 kcal / m3); either with lean gas from a gasifier or from a blast furnace (at 950 - 1,300 kcal / m3) hereinafter designated: GP, The furnace must, in general, be able to use, indifferently but successively, either the GR or the GP, it is then called: Four compound ", the description relates, without limitation, to such a furnace.
In GR operation, only the combustion air is heated in the regenerators, so that the number of heat regeneration cells or chambers must be even, half of these chambers receiving fumes while
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the other half is used for heating the air, when running at the GP, on the contrary, the air and the gas must be heated one and the other, separately, it follows that, in the provisions Usually, the number of cells or regeneration chambers is a multiple of four: two cells receiving the fumes heating the piles of bricks while one cell is used for heating the air and the other for heating the gas (GP );
It is clear that one passes easily from the heating device GP to the heating GR by coupling the cells two by two, as shown in the following symbolic diagram:
By representing by F, A and C the cells receiving respectively fumes, air and gas (GP) we obtain the following diagrams:
Walk to GP
1) period: F F A G G A F F F F A G G A ......... etc.
2) period: G A F F F F A G G A F F F F ....... etc.
Walk to the GR
1) period: F F A A A A F F F F A A A A ......... etc.
2) period: A A F F F F A A A A F F F F ....... etc.
The various arrangements imagined to date aim to avoid as far as possible the two following drawbacks which are detrimental to the good efficiency and to the economy of the heating: a) Gas ironing between the cells gas (G) and smoke cells (F); because these ironings lead to a radical loss of the leakage gas. b) Ironing of air in the gas or gas in the air, either in the regeneration cells themselves, or in the flues of the part of the furnace called "intermediate part"; these leaks have the effect of causing a precombustion which increases the temperature dangerously and which moreover corresponds to an appreciable loss of calories.
But all the arrangements just alluded to are powerless to avoid the following drawbacks which are absolutely unavoidable at the present time in all known systems including GP heating chambers. a) Gas leaks from the chimney, due to the lack of tightness of the reversing valve system, these leaks are all the more frequent as the valve boxes are subjected to temperature variations and are therefore subjected to irregular dilations. b) Gas losses at the chimney by "emptying" the chamber at each end of inversion. c) Risk of operation if an explosive mixture of air and gas forms in the chamber as a result of incorrect operation or adjustment.
It follows from these two groups of disadvantages that the reheating of the GP by reversing regenerators, theoretically
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perfect, is however a decoy from a practical economic point of view; we thus arrive at the conclusion that it is better to accept gas heating at a slightly lower temperature if, at this price, it is possible to heat the air better and above all to radically avoid repaving and leaks. The general heating economy is generally improved; accidents (local explosions and pre-combustion) are avoided, the duration of the ovens is increased and maintenance costs reduced.
The invention, which is the subject of the present patent, obviates the drawbacks previously indicated and carries out the program which has just been proposed by the elimination of heat regeneration on the GP and its replacement by heating according to the "continuous recovery by through a metallic heat exchanger.
Note, however, that the arrangement consisting in using an oven equipped to use pure GR (except to adopt sufficient sections for the flues and burners to allow the passage of the GP), and to heat the feed GP in a recuperator continuous metal placed in the general flue for evacuation of fumes (drag), does not constitute an acceptable solution to the proposed problem.
In fact, if - in the GP heating - all the fumes are passed through the air heating regenerators, a simple calculation shows that the temperature of these fumes, at the outlet of said regenerators, is at least order of 580; this temperature is too high to allow direct passage into the metal inversion boxes: in addition to the intense and very convenient radiation of these boots, there is reason to fear that they are the object of rapid deterioration.
We could also consider an arrangement consisting in taking, continuously, part of the fumes leaving the laboratory (around 1,000 for example) and directing them to a continuous metal recuperator heating the gas) while the other fraction of flue gases would be sent, according to the usual technique, to the air heating regenerators with reciprocating operation, the flue gas discharge temperature would thus be brought back to an acceptable value.
However, this device would have a double drawback on the one hand, the heating recovery tubes of the GP would be subjected to an unacceptable outside temperature - unless special alloys at a high price were used - and, on the other hand, the inversion on gas - which remains necessary since the regeneration on air involves alternating heating - should necessarily be done on hot gas which would involve the operation of an inverter (three-way valve or equivalent) at a temperature such that its operation would be most uncertain and its sealing certainly very defective.
The inventors have found that it was possible to avoid these difficulties by placing the metal tubes for heating the gas after the stacking intended for heating the air but before the flue gas evacuation inversion box in the train. .
In the regenerator receiving the fumes, these are in fact, at the bottom of the stack, at a temperature of the order of 550 to 600 sufficient to heat the gas to a temperature of the same order (since the volume of fumes is approximately twice that of gas), but not dangerous for the metal tubes of the gas heater.
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The general diagram of the device is therefore as follows: the regeneration cells are in even number: some receive fumes while others heat the air and this until the inversion brings about the reversal of the air. circulation of fluids; all cells are fitted, after stacking bricks but before the fumes exit, with a surface exchanger for heating the gas.
If we consider a given instant of operation such as, for example, that the cells of even rank P receive fumes while the cells of odd rank 1 heat the air; the burners currently in service (which will be designated by I ') receive the air from the I cells and the gas from the recuperators placed at the bottom of the P cells; the burners not currently in service (designated by P ') receive the flue gases from the burners I' and transmit them to the P cells. A 31 'following inversion, the P cells receive air, the 1 cells receive the smoke, the P' burners air coming from P and gas coming from the recuperator placed at the bottom of I, the burners the fumes which are sent to cells I.
The air, flue gas and gas inversions are easily obtained by connecting the reversers (three-way valves, valve boxes or equivalent devices) to the control rods of the reversing mechanisms; according to the conventional device, two rods run along the entire front of the battery of ovens and these rods are animated by reverse movements.
In addition to this main arrangement, the invention is characterized by other arrangements which contribute to obtaining the desired results; these arrangements resulting from the following: they can be used together or separately, together or not with the so-called main arrangement without, for this, departing from the scope of the invention.
It was recognized first of all that it is not appropriate, in the air reheating phase, to send the cold air to the gas reheating tubes; in fact the tubes would thus be cooled and, during the following phase, they would only begin to supply hot gas with a certain delay; on the contrary, by admitting the cold air beyond the tubes, and even by maintaining between the air inlet and the said tubes a certain volume of bricks forming a "thermal flywheel", the gas heater is in operation. state of supplying hot gas as soon as it is put into service.
Under these conditions the air inverter-distributor is separate from the flue gas inverter; it therefore always operates cold and it can, as a result, be significantly simplified and lightened while maintaining satisfactory operation: it can be constituted by a simple valve opening in the open air or by a simple ball valve opening on a air duct (blown air).
The flue gas diverter, also very simplified, consists of a simple valve box: unlike the air diverter, it always remains hot, never being traversed by cold air; there is therefore no need to fear for him variations in expansion.
It will be noted that, in the system, the air-reverser, as well as the flue-gas reverser, do not need to have a perfect seal, the trailing air leaks not being of capital importance. ; it is therefore possible to use simple and robust devices with easy maintenance and adjustment.
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The gas inverter will be placed before the gas enters the recuperator heating bundle; The appliance thus always operated when cold can be very simple and it will easily be possible to obtain an excellent seal between the general gas manifold and the regenerators, and absolute seal between the gas circuit and the outside.
It follows from the arrangements adopted that the invention is further characterized by a particularly advantageous mode of operation with regard to “compound” coke ovens.
It is known that these furnaces are used either by gas cocoa plants or by coking plants supplying gas to chemical or metallurgical plants; elsewhere, on the one hand, coke ovens do not lend themselves well to large and rapid variations in speed and, on the other hand, some gas plants see their emissions vary considerably from one day to the next of the week: (such is the case of the Gas factories of the City of Paris on Sundays during the summer season), certain chemical or metallurgical factories can also cause significant "dips", although of short duration for the emission curve.
To avoid any loss of gas, when the gas capacity is reduced, we are thus led to switch rapidly from GP to GR on a greater or lesser number of furnaces. With current ovens, the operation requires a certain number of maneuvers which require significant time and care; Contrary to the system described in the present patent, it is visible that it is possible to pass progressively and in an absolutely continuous manner from walking at the GP to walking at the GR by a mbxte power supply; To proceed correctly with the maneuver, it suffices to install a flow indicator on each of the GR and GP pipes and to follow their indications.
This possibility is due to the fact that the volume of the air heating chambers is sufficient to heat all of the air necessary for the combustion of the .GR and that to use the latter it is not necessary. necessary to perform the maneuver consisting in passing the additional air through the GP regenerators.
The invention which is the subject of the present patent had, as has been said, to be carried out in various ways and for different applications; is nevertheless characterized, as necessary, by the following description and by the appended figures which relate to the particular case of a coke oven.
Figure 1 shows a vertical section through the planes AA '(see fig. 2) perpendicular to the median planes of the distillation chambers.
FIG. 2 represents: for the left part: a section along BB 'of the left part of an oven; for the middle part: a section along CC 'of the central part of an oven; for the right part: cut along DD 'of the right part of an oven.
FIG. 3 diagrammatically represents the equipment of the inversion devices.
It is assumed that at the instant considered the reference I de-regeneration cells are traversed by air and the reference P cells are traversed by smoke. The air comes from two channels aa located in the sole of the regeneration cells; after having warmed up in contact with the
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layers of bricks not shown in the figure, it gains through the channels bb, the burners located at the bottom of the heating flues I'I '. The gas comes from the surface exchangers ss located at the bottom of the P cells; it rises through a pipe C outside the oven and insulated to the bottom flue from where it is distributed through the channels to the various burners I '.
The burnt gases rise in the flues I'I 'up to the upper openings ff and descend into the flues P'P', beyond they reach the burner nozzles located at the bottom of these flues and through the channels gg they reach the PP regeneration cells where they heat the stacking bricks. At the bottom of these cells, they exit through the openings hh, circulate around the exchangers ss and are finally evacuated through the JJ flues opening into the train through the valves kk.
The rich gas is supplied in the usual way for coke ovens by means of sub-hearth channels 11 supplying the burner nozzles m.
Naturally, as follows from the very principle of the heating system, all gas movements are reversed at each half-period.
The diagram of FIG. 3, the operation of which is easily understood as a consequence of the foregoing, is mainly intended to show that by means of suitable distributors - of the kind shown in detail in the upper right angle of the drawing or any other equivalent - it is possible to equip two neighboring ovens with a single set of distributors for air, GP and GR; only the valves k and k 'must be distinct but it is possible to combine them in the same box.
This reduction in the number of distribution devices results in two notable advantages: firstly, a noticeable saving in set-up costs and, secondly, less congestion in the service galleries.
In the diagram of FIG. 3 of the arrows marked GR, 02, GP and F mark, respectively, the rich gas, air and lean gas inlets and the smoke outlet, (for greater clarity in the figure, the main pipes of led by the GR and the GP). It should be noted that with this device it is advisable to also bring in the air, by means of a low pressure duct (axial or centrifugal fan).
Thus, by bringing these three fluids under pressure, it is easy to regulate and control their flow.
In the above, it was assumed that the gas was heated by the exchangers placed at the bottom of the P cells receiving the fumes. As a variant, the invention comprises a heating method based on the principle of heat storage stoves: If it is assumed that the surfaces of the exchangers placed at the bottom of the regeneration cells are enveloped in a layer of sufficient thickness of a moderately conductive material and of a relatively high specific heat it is possible to obtain - by suitably proportioning the surfaces and the thicknesses according to a conventional thermal calculation - an offset of the heat wave corresponding to one. period;
this variant has the advantage of very effectively protecting metal surfaces against gunfire but, on the other hand, it requires a larger exchange surface than bare recuperators; in the implementation of this variant it is clear that the exchangers s '(and not ± must be connected to the ducts d and the exchangers s to the ducts d'.
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by GR. On the other hand, the independence of the supply of GP and of GR makes it possible to switch gradually and continuously from walking in pure GP 9 to walking in pure GR (or vice versa) by a mixed diet.
B) - As an exemplary embodiment, application of the system described to the heating of a coke oven comprising vertical heating flues communicating two by two at their upper part (so-called hairpin heating).