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Perfectionnements aux brûleurs de gaz
La présente invention se rapporte aux brûleurs de gaz et plus particulièrement à ceux qui sont montés dans la maçonnerie réfraotaire d'une batterie de fours à coke en vue du chauffage de ces derniers.
Pour le chauffage des fours à coke on emploie habituellement deux types de gaz. L'un d'eux est un gaz de ookerie dont le pouvoir calorifique est de 5000 à 5500 Calm3. tandis que l'autre est un gaz de geulard dont le pouvoir calorifique est de 680 à 815 Cal/m3. Le gaz de
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cokerie, brûlé avec de l'air préalablement chauffé, donne une flamme courte et chaude, tandis que le gaz de geulard brûle avec une flamme assez peu chaude.
Il est d'usage de diluer le gaz de cokerie au moyen de gaz brûlés provenant des carneaux de manière à former un mélange dont le pouvoir calorifique est de 2250 à 2720 Cal/m3. Ce mélange brûle avec une flamme longue à température relativement élevée et permet d'obtenir un chauffage uniforme de l'ensemble du four.
Avec un gaz de geulard dont le pouvoir calorifique est de 800 à 900 Cal/m3 on peut obtenir un chauffage effi- cace et uniforme du four enchauffant préalablement aussi bien l'air que le gaz avant leur combustion. Le gaz de geulard dont le pouvoir calorifique est inférieur à 800 Cal/m3 ne convient généralement pas pour chauffer des fours de cokerie, et c'est pourquoi il est d'usage de mélan- ger le gaz de geulard avec du gaz de cokerie pour former un mélange en vue du chauffage des fours à coke.
On a essayé de mélanger directement le gaz de cokerie avec le gaz de geulard avant d'envoyer le mélange à travers un régénérateur pour l'y pré-chauffer avant sa combustion, mais cette façon de procédér ne s'est pas révélée expédiente parce que le gaz de cokerie subit dans les régénérateurs un dédoublement pyrogéné et abandonne des dépôts de car- bone sur les parois en chicane du régénérateur. Ce carbone brûle lorsque le régénérateur se trouve dans la phase in- verse de son fonctionnement et s'échappe dans les carneaux de gaz brûlés, si bien qu'on perd le bénéfice du pouvoir calorifique supérieur du gaz de cokerie.
On a trouvé satis- faisant de mélanger du gaz de four à coke avec un mélange de gaz de geulard et d'air à l'orifice du brûleur dans le bas des carneaux de combustion situés de part et d'autre
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du four.
Le tube de mélange et le bec du brûleur servant à brûler du gaz de cokerie, c'est-à-dire du gaz riche, traversent une paroi chauffée voisine d'un régénérateur pour conduire le gaz aux carneaux de combustion. Le tube de mélange est maintenu à une température élevée telle que si l'on fait passer du gaz de cokerie pur à une faible vitesse à travers ce tube le gaz se dédouble et encrasse ce dernier d'un dépôt de carbone. Pour éviter ce dédoublement on adjoint au gaz riche des gaz brûlés provenant des carneaux afin d'augmenter la vitesse d'écoule- ment du gaz et de produire un mélange dilué qui ne se dédou- ble pas.
Lesbrûleurs de gaz riche sont des brûleurs as- pirants dans lesquels une buse éjectrice de gaz projette un jet de gaz dans un col de Venturi pour introduire dans le tube de mélange un volume prédéterminé de gaz brûlés destiné à se mélanger avec le gaz riche qui se rend au bec du brû- leur. Le brûleur aspirant est un instrument de précision et il,,est nécessaire de maintenir le bec éjecteur dans sa position exacte dans le col de V enturi de l'aspirateur.
Faute de cela le mélangeur de brûleur ne fonctionne pas convenablement pour proportionner le gaz riche aux gaz brûlés.
Le col de Venturi et le tube de mélange du brû- leur de gaz sont.façonnésdansla masse réfractaire oons- tituant les parois du régénérateur. Ces perois subissent une dilatation relativement considérable pendant que le four et les régénérateurs sont portés de l'état froid à la tem- pérature de fonctionnement. Il s'ensuit que les éléments réfractaires se déplacent en même temps que les parois en voie de dilatation du régénérateur. Il importe donc que
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la tuyère d'éjection et le col de Venturi du brûleur soient construits et disposés de manière qu'ils conser- vent leur position relative fixe désirée quels que soient la dilatation et la contraction des parois réfractaires et le mouvement des éléments réfractaires du brûleur participant au déplacement des parois du régénérateur.
L'objet essentiel de la présente invention est de réaliser un brûleur aspirant pour fours à coke dans lequel les élémentsdoseurs du brûleur demeurent dans leur position relative convenable lorsque la maçonnerie du four se déplace par suite de dilatations et de contrac- tions résultant de variations thermiques.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un brûleur aspirant formant partie intégrante de la maçon- nerie de four sujette à des dilatations et contractions au cours desquelles les éléments dudit brûleur aspirant conservent invariablement leur position relative de dosage du gaz.
Ayant en vue ces objets, l'invention réside dans le brûleur de gaz perfectionné décrit ci-après, à la lumière desdessins ci-annexés parmi lesquels :
La figure 1 est une coupe verticale d'une partie d'une batterie de fours à coke chauffés par le bas, et elle montre de quelle façon un brûleur de gaz réalisant l'invention sous sa forme préférée est monté dans la ma- çonnerie du four.
La figure 2 est une coupe verticale du four et des brûleurs suivant la figure 1 suivant un plan perpendi- culaire à celui de cette figure.
La figure 3 est une coupe verticale à échelle agrandie montrant le montage des brûleurs pour le chauffage de carneaux situés de part et d'antre d'un four à coke.
Considérant lesdessins, la figure 1 montre des
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fours à coke 10 de part et d'autre desquels sont aménagés decarneaux de chauffage 12 et 14. Les carneaux de chau- fage et lesfours à coke sont séparépar des paroisré- fractaires, et au-dessous des fours à coke et des carneaux se trouvent des régénérateurs 16,18, 20 et 22. Lesrégé- nérateurs sont remplis de briquesen chicaneset leurs parois sont faites de matière réfractaire, de préférence à base de silice résistant aux hautes températures.
Le chauffage desfours à coke est une opération ininterrompue qu'on exécute en deux temps. Pendant la première moitié du cycle de chauffage on introduit de l'air et du gaz combustible dans la partie inférieure d'un carneau de chauffage, par exemple, le carneau 12. Les produitsde combustion s'élèvent alors à travers le car- neau 12, traversant un oarneau transversal 24 et redes- cendent par un carneau 14 situé dans la paroi opposée du four 10. Pendant cette période le carneau 12 est dit "en service" et le carneau 14 "hors service". Pendant la seconde moitié du cycle de chauffage on introduit du gaz dans le bas du carneau précédemment hors service 14. Les produits de combustion s'élèvent à travers ce oarneau 14, passent par le carneau transversal 24 et redescendent par le oarneau précédemment en service 12.
Pendant cette se- conde moitié du cycle le carneau 14 devient le carneau en service et le oarneau 12 devient hors service. Par con-, séquent, le carneau en service est celui dans lequel on brûle du gaz, et le carneau hors service est celui par lequel on fait passer les produits de combustion provenant d'un carneau en service pour chauffer une paroi de four.
Les produits de combustion, ou gaz brûlés, se rendent du bas des carneaux hors service dans le régénérateur correspon- dant pour chauffer préalablement ce dernier de manière à @
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préchauffer l'air qu'on y fait passer en vue de brûler le gaz. Les régénérateurs peuvent donc se trouver hors ser- vice ou en service au cours d'un cycle suivant qu'ils sont chauffés par des gaz brûlés ou qu'on les emploie pour préchauffer l'air destiné à la combustion.
Lesbrûleurs de gaz servant à chauffer lescar- neaux sont installés dans la maçonnerie réfractaire au-des- sous des carneaux du four ainsi qu'on l'a représenté aux figures 1 et 2. Ils sont composés de tubes mélangeurs 26 qui descendent du bas descerneaux jusqu'au-dessous desrégéné- rateurs. A l'extrémité inférieure du tube mélangeur se trouve un col de Venturi 28 qui fait partie d'un mélangeur aspirant. Immédiatement au-dessous du col de Venturi 28 se trouve une tuyère d'éjection 30 disposée de manière à projeter du gaz, arrivant par une conduite 32, directement dans la partie centrale du col 'de V enturi 28.
Sur le côté du col de Venturi se trouve un tube d'amenée de gaz brûlés 34 par lequel des gaz brûlés sont entraînés dans le tube de mélange 26 par l'action de la tuyère éjectrice dans le col de Venturi. Les éléments 26,28, 30 et 34 constituent l'appareil de mélange et de combustion du gaz.
Lorsqu'on carneau se trouve hors service, desgaz brûlés se rendent du bas de ce carneau, par exemple le car- neau 14, par un tube mélangeur 26, un tube à gaz brûlés 34, un tube de raccordement 36, dans le tube à gaz brûlés 34 d'un brûleur alimentant le carneau 12. Les brûleurs hors service et en service sont disposés par paires le long de l'axe longitudinal d'un four ainsi qu'on l'a représenté sur les figures 1 et 2. L'une des séries de brûleurs fonctionne comma brûleurs en service tandis'que l'autre série comme brûleurs hors service, les produits de combustion pénétrant dans les carneaux en service et hors service correspondants et les traversant.
Les brûleurs amènent du gaz riche aux
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carneaux de chauffage, et il est de règle de mélanger des gaz brûlés au gaz riche dans le tubes mélangeurs 26 afin de régler le pouvoir calorifique du gaz de manière à pro- duire une combustion à longue flamme afin de chauffer ration- nellement les oarneaux. D'ordinaire, le gaz riche a un pouvoir calorifique de 5000 à 5450 Cal/m3, et on lui adjoint suf- fisamment de gaz brûlés pour produire un mélange dont le pouvoir calorifique soit d'environ 2250 à 2750 Cal/m3.
Un tel mélange ne se dédouble pas dans le tube mélangeur chauf fé 26 qui fait partie de la paroi réfractaire chauffée du régénérateur.
Lorsque 0' est exclusivement du gaz de cokerie, ou gaz riche, qu'on emploie pour chauffer les oarneaux 12 ou 14, on introduit de l'air préchauffé dans le bas du oar- neau en service au voisinage du sommet du tube mélangeur 26.
En supposant que 12 soit ce carneau en service, l'air com- burant est conduit de bas en haut à travers les régénéra- teurs 16 et 18 en vue de son chauffage préalable. Si c'est 14 qui est le carneau en service, l'air oomburant est oon- duit de bas en haut à travers le régénérateur 20 et la moitié gauche du régénérateur 22, le mélange de gaz et de gaz brûlés étant introduit par le sommet dutube mélan- geur 26.
Si c'est du gaz de geulard qu'on emploie pour ohauf- fer les oarneaux, on chauffe préalablement ce gaz en le faisant passer à travers un régénérateur. Comme on peut le voir d'après la figure 1, le gaz de geulard s'élève à travers la moitié gauche du régénérateur 22 où. il se préchauffe, et il rencontre du gaz riche qu'on introduit dans le bas du oarneau 14 par un tube d'alimentation 26. L'air nécessaire pour brûler le gaz de .gueulard est introduit par le régéné-
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rateur 20. A ce stade du cycle la moitié droite du régéné- rateur 16 et le régénérateur 18 sont préchauffés par des gaz qui descendent à travers le carneau 12.
Pendant l'autre moitié du cycle on,préchauffe dans le régénérateur 16 du gaz de gueulard qu'on brûle dans le carneau 12, les pro- duits de combustion passant ensuite de l'autre côté et redescendant à travers le carneau 14 pour s'échapper par les régénérateurs 20 et 22, En marne temps un mélange de gaz riche et de gaz brûlés s'élève par le tube d'alimenta- tion 26 pour contribuer à la combustion du gaz de gueulard.
La construction et l'agencement des brûleurs aménagés dans la maçonnerie du four constituent une par- ticularité importante de la présente invention. Les élé- ments du brûleur,, tels que le tube de mélange 26, le col de Venturi 28 et l'arrivée de gaz 34 sont façonnés dans des éléments réfractaires qu'on utilise dans la construc- tion desparois de régénérateur de la maçonnerie du four, Ces éléments réfractaires constituant les pièces du brû- leur sont assemblés entre eux au moyen d'un ciment qui oblige tous ces éléments à se déplacer solidairement au oours des mouvements de dilatation et de contraction de la maçonnerie du régénérateur. Cette maçonnerie réfractaire est édifiée sur un massif fixe 38 de béton.
Lesparoisde régénérateur et éléments de brûleur sont montés de façon mobile sur le massif 38 de manière à permettre le déplace- ment de ces élémants dans les diverses conditions de dilatatic et de contraction. Comme on le voit sur la figure 3, les éléments réfractaires qui entourent le tube de jonction 36 comportent des joints de dialation 40 et 41 pour que les éléments puissent, se dilater dans le sens de la longueur des tubes 36 ou de la largeur du four à coke. D'autres joints de dilatation sont prévus pour permettre le mouvement
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deséléments de brûleur et desparois de régénérateur dans le sens longitudinal du four à ooke.
Grâce au fait que les éléments de brûleur font partie intégrante des pièces réfrac- taires, la dilatation et la contraction de ces pièoes ne provoquent aucune déformation des éléments de 'brûleur 26, 28 ou 34. Afin d'amener la tuyère d'éjection 30 à projeter un courant de gaz dans la partie oentrale du col de Venturi 28 cette tuyère est vissée dans un bloc de métal 42 cimenté à demeure dans la pièce réfractaire 44 qui constitue la base du mélangeur aspirant. De oe fait, lorsque la pièce 44 se déplace dans le sens longitudinal ou transversal du four, la tuyère 30 participe au déplacement de la pièce et conserve sa position exactement centrée au-dessous du dol de Venturi.
Le bloc de métal 42 n'est pas fixé à la surface supérieure du massif 38 et peut au contraire se déplacer sur la surface du massif en se dilatant ou se contractant. La tuyère 30 est vissée dans le bloc de métal 42 et peut être introduite et enlevée par la conduite d'alimentation 32. Par ce moyen on peut monter dans le brûleur des tuyères de tailles différentes pour régler à volonté l'alimentation en gaz du brûleur. On comprendra aidément que la tuyère employée pour l'introduction de gaz riche lorsque les fours sont chauffés au gaz de cokerie sera plus grande et. autrement faite que lorsque les brû- leurs débitent une petite quantité de gaz destiné à enri- chir du gaz de gueulard.
La conduite d'alimentation 32 se déplace aveo le bloc métallique 42 au cours des mouvements de dilatation et de contraction de la pièce réfractaire 44, et par suite une ouverture 46 relativement large est prévue dans le massif 38 pour permettre à la conduite de se dépla- cer avec la bloc métallique 42. - L'extrémité inférieure de la conduite d'alimentation 32 est reliée au moyen d'un tuyau souple à la. conduite principale d'amenée de gaz 50,
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ce tuyau souple permettant le mouvement de la conduite 32 causé par la dilatation et la contraction des éléments ré- fractaires du brûleur.
Le gros de la dilatation de la maçonnerie et des parois du four se produit lorsqu'on amène ce dernier de l'état froid à sa température de fonctionnement. Il se produit aussi une certaine dilatation ou contraction lors- que la température de fonctionnement varie sensiblement en vue de la cokéfaction de différentes espèces de charbon. La dilatation et la contraction de la maçonnerie réfractaire se produisent principalement dans le sens longitudinal du four à coke partir du centre en direction des deux extré- mités du four. Il se produit également un mouvement de dilatation et de contraction de la maçonnerie du four dans le sens transversal de ce dernier, cette dilatation s'effec- tuant à partir du centre de la batterie de fours en direc- tion des deux extrémités de la batterie.
Le tube de raccordement 36 par où passent les gaz brûlés que l'on fait passer à travers les brûleurs est monté avec jeu dans les pièces réfractaires afin de per- mettre la dilatation et la contraction de la maçonnerie du four. Ce tube 36 se compose d'une enveloppe métallique tu- bulaire extérieure 52 munie d'un revêtement réfractaire 54 qui, de préférence, sera à base d'argile. Les pièces réfrac- taires qui entourent le tube 36 forment avec lui un joint étroit mais glissant, ce qui leur permet de se déplacer indépendamment du tube et permet aussi au tube de se dilater et se contraoter indépendamment de la dilatation et de la contraction des pièces qui l'entourent.
Des joints d'amiante 56 sont prévus à chaque extrémité du tube 36 pour garnir les joints de dilatation afin de boucher l'intervalle qui sépare l'extérieur du tube de l'ouverture circulaire existant
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dansles pièces réfractaires, de façon que les gaz brûlés soient amenés à s'écouler vers le centre à travers l'ouver- ture du tube.
Coma on l'a représenté sur la figure 2, les brûleurs de gaz sont montés par paires aux côtes opposés d'un même four. Les tubes à gaz brûlés 34 de chaque paire de brûleurs sont reliés entre eux et un seul tube transversal de jonction 36 est prévu entre les brûleurs pour fournir des gaz brûlés simultanément à chaque brûleur de la paire.
REVENDICATIONS --------------
1 - Ce brûleur de gaz pour fours à coke est carac- téri sé en ce qu'il comprend un tube mélangeur, un col de Venturi relié audit tube et une tuyère d'éjection placée de manière à projeter un jet de gaz dans ledit col, ces éléments de brûleur étant montés dans la maçonnerie réfrac- taire du four à coke édifiée avec joints de dilatation sur un massif fixe de manière à lui permettre de se dilater et se contracter, et une communication étant prévue entre la tuyère et la conduite d'amenée de gaz da façon que ladite tuyère puisse se déplacer relativement à ladite conduite.
2 - La maçonnerie réfractaire du four est à base de silice résistant aux hautes températures.
3 - Le tube de mélange et le col de Venturi constituent des éléments de la maçonnerie et sont façonnés dans des pièces constitutives de cette dernière.
4 - La tuyère d'éjection est montée de façon amovible dans une plaque métallique fixée dans la pièce réfractaire dans laquelle le col de Venturi est aménagé et participant au mouvement de cette pièce.
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