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Perfectionnements apportés aux batteries de fours à coke.
La présente invention concerne des batteries de fours à coke et, plus particulièrement, la conception et la cons- truction de la partie supérieure d'une batterie de fours à coke avec récupération de sous-produit, ainsi que le fonction- nement d'une telle batterie.
L'invention vise entre autres à établir une batterie de fours à coke comportant un ou plusieurs collecteurs, bat- terie de conception et de construction nouvelles, et dont le fonctionnement : @
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1.- Elimine l'inconvénient que présente la fumée lors du chargement, c'est-à-dire que, pendant toute la durée du chargement d'une chambre de distillation avec du charbon, les substances volatiles dégagées lors du chargement peuvent s'échapper sans entrave en suivant un trajet qui longe la voûte de la chambre, pour pénétrer dans le collecteur et,par conséquent, ne s'échappent pas à l'atmosphère;
2. - Assure le chargement des chambres de distillation sans éparpillement de charbon sur la voûte de la batterie ;
3. - Exige un nombre moins élevé d'interventions de la repaleuse pour égaliser la charge de charbon, ce qui réduit notablement le temps requis pour chaque opération de charge- ment;
4.- Permet d'obtenir un coke plus uniforme ; 5. - Réalise de meilleures conditions de travail, notam- ment pour les personnes occupées à la voûte de la batterie.
L'invention vise en outre à établir une batterie de fours à coke comportant deux collecteurs, un de chaque côté de la batterie, dont le fonctionnement comporte toutes les caractéristiques précitées et, de plus
1.- Elimine les difficultés rencontrées à ce jour par suite de la formation du carbone sur la voûte de la batterie, y compris celui qui se forme sur les parois des débouchés trous de chargement ou bouches de fours; en maintenant la voûte exempte de carbone, on augmente la capacité de'la bat- terie, comme il sera exposé plus amplement dans la suite;
2. - Maintient un équilibre de pression entre les cham- bres de distillation et les carnaux, réduisant ainsi au mini- mun la perte de gaz et de sous-produit et la dilution du gaz par les produits de la combustion.
3. - Assure la cokéfaction complète de la charge, c'est- à-dire, ne donne pas lieu à la semi-cokéfaction dans les zones @ supérieures.
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4. - A pour effet une élévation du rendement en gaz et en sous-produits et une amélioration de la qualité des sous-produit ; et
5. - Exige une moindre dépense d'entretien.
Les dessins annexés font partie de la description et montrent à titre explicatif, des modes de réalisation préfé- rés de l'invention, sans que celle-ci soit limitée aux exem- ples représentés. Dans ces dessins :
La figure 1 est une coupe verticale d'une chambre de distillation d'une batterie de fours à coke de type classique, montrant la disposition du charbon à l'intérieur de la cham- bre pendant les stades initiaux du chargement ; figure a été adjointe aux fins de comparaison.
La figure 2 est une coupe verticale d'une chambre de distillation d'une batterie de fours à coke selon la présente invention, et montrant la disposition du charbon dans cette chambre de distillation pendant le même stade de chargement que celui montré dans la figure 1 ;
La figure 3 est une vue en plan du dispositif de char- gement ou enfourneuse mécanique montré en élévation dans la figure 2 ;
La figure 4 est une vue partielle en coupe verticale de la batterie selon la figuré 2, en suivant un plan longi- tudinal de la batterie;
La figure 5 est une vue partielle en coupe longitudina- le de la batterie, montrant une variante du dispositif de chargement mécanique pouvant servir à l'alimentation des cham- bres de distillation en charbon;
La figure 6 est une coupe verticale suivant un plan transversal de la batterie, passant par la partie supérieure d'une chambre de distillation comportant quatre trous de char- gement, cette figure montrant la'disposition du charbon dans @
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la chambre de distillation après le chargement, mais avant le repalage;
La figure 7 est une vue schématique de la partie supé- rieure d'une batterie de fours à coke, montrant la manière dont les espaces d'accumulation de gaz à la partie supérieu- re des chambres de distillation sont refroidis afin d'empê- cher la formation de carbone sur la voûte; elle montre aussi le trajet d'écoulement des gaz vers la conduit de récupéra- tion de sous-produits, au cours d'un cycle de fonctionnement de la batterie ;
La figure 8 est une vue schématique analogue à la fig.
7, mais montrant le trajet d'écoulement des gaz vers le con- duit de récupération de sous-produits, au cours d'un cycle de fonctionnement ultérieur; et
La figure 9 est une coupe verticale d'une chambre de distillation d'une batterie de fours à coke qui représente une variante de l'objet de l'invention, à savoir, une batterie qui ne comporte qu'un seul collecteur disposé d'un côté; cette figure montre la disposition du charbon dans une chambre de distillation pendant le même stade de chargement que celui montré dans la figure 1 à propos d'une chambre de distilla- tion équipée de conduits de départ allant vers deux collec- teurs.
Dans la figure 1, qui est une coupe verticale d'une chambre de distillation d'une batterie de fours à coke clas- sique, et qui montre cette chambre pendant les stades de char- gement initiaux, 10 désigne la voûte d'une chambre de distil- lation munie de conduits de départ de gaz 11, 12 et de trois orifices de chargement 13, 14 et 15, ces derniers étant uni- formément espacés le long de cette paroi, de telle sorte que l'axe du trou de chargement 14 coupe l'axe longitudinal 16 de la batterie. Le trou de chargement 13 est situé à mi-che- @
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min entre une extrémité de la chambre et le trou de charge- ment 14, tandis que le trou de chargement 15 est situé à mi- chemin entre l'autre extrémité de la chambre et le trou de chargement 14.
En considérant que les parois des chambres de @ distillation d'une batterie sont nécessairement divergentes, c'est-à-dire, que la largeur de la chambre sur le côté coke peut être de 2,1/2 à 4 pouces supérieure à celle du côté pous- soir, on conçoit que la chambre de distillation montrée dans la figure 1 est en fait divisée en trois parties de capacité volumétrique inégale et que les trémies 17, 18 et 19 du cha- riot distributeur 20 doivent débiter des quantités de charbon inégales, pour charger ces trois parties.
Dans la pratique on a constaté que, dans le cas d'une chambre de type classé- que, à trois trous de chargement, comme celle montrée par ex- ' xemple dans la figure 1, la partie de la chambre qui communi- que avec le trou de chargement 15 contient environ 25% plus de charbon que la partie qui communique avec le trou de char- gement 14 et environ 10 % plus que la partie qui communique avec le trou de chargement 13. Par conséquent, la trémie 19 qui alimente en charbon le trou de chargement 15 doit conte- nir une charge de charbon d'environ 25 % supérieure à celle de la trémie 18 et, la trémie 17, une charge d'environ 10 % supérieure à celle de la trémie 18, afin que la chambre de distillation puisse recevoir les charges voulues.
Lorsque le chargement d'une chambre de distillation est assuré par une enfourneuse dont les trémies contiennent des charges inégales, le charbon venant de la trémie qui con- tient la plus grande quantité de charbon s'écoule plus rapide ment que celui venant des deux autres trémies et une partie- du charbon qui découle de la première trémie empiète sur l'es- pace de la chambre de distribution attribué aux trémies voisi- nes.
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Il en résulte des plans de ségrégation irréguliers entre les lignes de rencontre des tas de charbon disposés dans la chambre de distillation, comme il ressort de la fig.
1, où les zones sombres que l'on voit dans la chambre de distillation représentent ces plans de ségrégation irréguliers Cette figure montre en outre que le charbon venant des tré- mies extrêmes 17 et 19 pénètre dans les parties de cette cham- bre, qui communiquent avec le trou de chargement 14, ce qui empêche de vider la trémie 18 dans une mesure relativement égale à celle des trémies 17 et 19, c'est-à-dire, que la pro- portion de charbon retenue dans cette trémie est sensiblement plus grande que dans les deux autres trémies.
La seule façon de distribuer le charbon d'une manière adéquate consiste à re- paler les tas de charbon disposés dans la chambre de distil- lation en appliquant plusieurs courses de la repaleuse, ce qui aplanit les tas de charbon et permet d'introduire dans la chambre de distillation les charges résiduelles des tré- mies, jusqu'à ce que celles-ci soient vides, avec application d'un nouveau repalage dans le but d'aplanir les nouvelles charges et de constituer l'espace prévu pour l'accumulation du gaz dans la partie supérieure de la chambre de distillation.
Par conséquent, lors des stades initiaux de l'opération de chargement, il se produit des poches 21, 22, dans lesquelles s'accumulent les substances volatiles développées lors du chargement,et qui, à mesure que la pression s'établit, s'échap pent par les trous de chargement, avec dégagement de fumées nuisibles.
La ségrégation du charbon dans la chambre de distilla- tion augmente la densité de la charge dans les parties où cet- te ségrégation a lieu. Un repalage excessif donne lieu à des tassements locaux du charbon, ce qui,à son tour, détermine un accroissement de la densité de certaines parties de la charge 79
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de charbon dans la chambre de distillation. On a constaté en outre que, dans une charge de charbon formée par du charbon tombé en chute libre depuis des trémies de chargement, il existe de grandes différences de densité entre la base et , le sommet de la charge.
La carbonisation d'un charbon plus dense exige une plus grande quantité de chaleur. Lorsque les parties de plus grande densité sont éparpillées à travers toute la charge, de façon que leurs emplacements varient d'un jour à l'autre, le problème du chauffage devient difficile. Ou bien les parties plus denses sont insuffisamment cokéfiées, ou bien le restant de la charge est surchauffé. Par contre, lorsque les parties à plus denses sont limitées des plans verticaux fixes, de fa- çon à se présenter toujours en face de carnaux verticaux déterminés, la quantité de gaz de chauffage dirigée vers ces carnaux peut être réglée de manière à compenser l'augmenta- tion de densité, d'où cokéfaction plus uniforme.
Par consé- quent, il importe de réduire les différences de densité de la charge de charbon et de faire en sorte que les plans de rencontre des tas de charbon formés dans une chambre de dis- tillation au cours du chargement,- plans qui, fatalement, représentent les zones de plus grande densité de la charge de charbon - soient toujours située: aux mêmes endroits, où le système de chauffage de la charge peut comporter des mo- yens propres à compenser cet accroissement de la densité.
Selon l'invention, les trous de chargement sont pré- vus dans la voûte de la chambre de distillation en des points dont la répartition, compte tenu de la divergence des parois de cette chambre, est telle que les capacités volumétriques des parties de la chambre, qui comnuniquent avec les diffé- rents trous de chargement soient sensiblement identiques. Ces trous de chargement sont pourvus de débouchés ravalés ou 'Il
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évasés, dont les parois forment, avec la verticale, un angle de 40 à 50 , mais de préférence de 40 à 45 , d'où augmenta- tion des espaces de la chambre de distillation dans lesquels le charbon peut s'accumuler sans atteindre la voûte de la chambre, ce qui entraverait l'écoulement du gaz le long de cette voûte.
Le charbon est chargé mécaniquement dans les chambres de distillation, le débit étant calculé de façon qu'il se forme dans chaque chambre des tas de charbon d'une densité plus uniforme que celle des tas formés par des en- fourneuses à écoulement par gravité, les lignes de rencontre des tas formés selon l'invention étant toujours situées dans des plans sensiblement verticaux et toujours aux mêmes en- droits.
On conçoit que la densité des tas varie nécessaire- ment de bas en haut, la partie la plus dense étant située à la base de la chambre de distillation; toutefois, ces diffé- rences de densité sont compensées par le mode de chauffage de la charge, vu que la combustion du gaz commence au niveau de la base de la charge ou à proximité de celui-ci, chacune des trémies ou toutes de l'enfourneuse mécanique dontient une quantité de charbon telle que ce charbon peut-être transvasé en totalité de la trémie dans la chambre de distillation,sans qu'il,,-se forme des poches de gaz et sans nécessiter l'inter- vention du bras repaleur pour refouler, ou déplacer d'une au- tre façon une partie du charbon chargé dans la chambre,afin que la totalité du charbon puisse s'écouler des trémies dans la chambre de distillation.
La variante selon la figure 2 comporte deux collecteurs un de chaque coté de la batterie, en communication avec les chambres de distillation et le conduit à gaz pour la récupé- ration des sous-produits, de façon que le gaz provenant des fours fraîchement chargés puisse circuler dans un de ces col- lecteurs, où il est refroidi, et ensuite le long des voûtes
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des fours dans lesquels le processus de distillation touche à sa fin, pour pénétrer dans l'autre collecteur, et de là, dans le système d'extraction des sous-produits. Le sens d'é- coulement à travers ces deux collecteurs est renversé pério- diquement.
En refroidissant ainsi les voûtes des chambres de @ distillation, on évite la formation de dépot de carbone sur la voûte, qui risquerait de s'accumuler dans les trous de chargement, y compris les débouchés évasés de ceux-ci, en- travant ainsi le chargement judicieux. De plus, le mode opé- ratoire selon l'invention équilibre les pressions dans tou- te les chambres de distillation, de sorte qu'il n'y a ni pression exagérée dans les fours fraîchement chargés ni pres- sion excessivement basse dans les fours où la distillation à est un stade avancé, de sorte que le fonctionnement est ca- ractérisé par un équilibre de pressions qui permet d'éviter des fuites à travers la maçonnerie du four, des carnaux vers le four ou du four vers les carnaux.
En outre, dans le cas de fours chargés selon l'invention, l'emploi de deux collec- teurs fournit un trajet d'échappement, exempt d'entraves, dans les deux directions le long de la voûte de la chambre, de façon que les substances volatiles dégagées lors du char- gement puissent se diriger vers les collecteurs ce qui évite l'échappement de fumée gênantes.
Dans la figure 2, 25 désigne une chambre de distilla- tion d'une batterie de fours à coke constituée par une alter- nance de chambres de distillation horizontale à parois diver- gentes et de cloisons chauffantes pourvues de régénérateurs et supportées, sur une fondation appropriée, au-dessus d'un soubaissement, comme montré, par exemple, dans le brevet américain Pavitt N 2.155.954 du 25 Avril 1939.
Comme la pré- sente invention concerne particulièrement la conception, la construction et le fonctionnement de la partie supérieure de la batterie, l'exposé ci-après sera limité à cet objet. Il1
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convient de remarquer que la partie inférieure de la batterie peut être de n'importe quelle construction comme par exemple, du type à brûleurs inférieurs, représenté dans le brevet amé- ricain ? 2.155.954 précité. La paroi supérieure 26 de chaque chambre de distillation 25 de la batterie présente trois trous de chargement ou bouches de four 27, 28 et 29. Ces trous sont espacés de telle manière que les capacités volumétriques des parties 30, 31 et 32, de la chambre de distillation, situées respectivement au-dessous de ces trous, soient sensiblement égales.
Pour arriver à ce résultat, on répartit les trous de chargement en tenant compte de la divergence de la chambre de distillation. Pour une chambre ayant les dimensions sui- vantes :
Longueur totale 42' 1 1/4''
Longueur entre les portes 39' 5 "
Hauteur 10' 1 7/8 "
Largeur coté poussoir 16 5/8 "
Largeur côté coke 20 5/8 " l'espacement optimum des trous de chargement, en vue de com- penser la divergence des parois du four est le suivant :L' axe du trou de chargement 27 sera espacé de 8'6'' du côté poussoir de la batterie; l'axe du trou de chargement 28 sera espacé de 13'6 1/4 " de l'axe du trou de chargement 27; et, l'axe du trou de chargement 29 sera espacé de I2e7 1/2'' de l'axe du trou de chargement 28, et de 7'6" du côté coke de la batterie.
Cet espacement a pour effet que les parties 30, 31 et 32 de la chambre de distillation, qui communiquent res- pectivement avec les trous de chargement 27, 28 et 29, pré- sentent des capacités volumétriques sensiblement identiques.
L'invention décrite ci-dessus s'applique à n'importe quelle batterie de fours à coke comportant trois trous de chargement, ou plus. La pratique a démontré que la solution
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la plus économique consiste à construire la batterie de fa- çon que chaque chambre de distillation comporte 4 ou 3 trous de chargement.
La formule: h l w n où h = hauteur de la chambre de distillation en pieds anglais w = largeur moyenne de la chambre de distillation en pieds anglais
1 = longueur de la chambre de distillation en pied anglais n = nombre de trous de chargement indique la capacité volumétrique de chaque partie d'une cham- bre de distillation, qui communique avec un trou de charge- ment, dans une batterie de fours selon l'invention.
Les trous de chargement doivent être disposés de telle manière que des plans parallèles aux côtés de la batterie de fours à coke et traversant la batterie dans le sens longitu- dinal à équidistance entre trous de chargement voisins, di- visent les chambres de distillation en parties dont chacune présente une capacité, en pieds cubes, approximativement égale à la capacité calculée à l'aide de la formule ci-dessus. Il va de soi que les avantages que procure la présente invention peuvent être réalisés, bien qu'à un degré quelque peu moindre, lorsque les capacités des parties d'une chambre de distilla- tion qui communiquent respectivement avec les différents trous de chargement, présentent des différences relativement peu importantes.
Par exemple,et par opposition à la construction du four à coke représenté dans les desssins, dans le±quel une des parties de la chambre de distillation présente une capacité volumétrique supérieure de 25 % celle d'une autre partie de cette chambre, la présente invention couvre égale-
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ment un mode d'espacement des trous de chargement, par rap- port à la disposition divergente des parois de la chambre de distillation, qui a pour effet une variation maximun de IO %, mais de préférence non supérieure à 5 % , entre les ca- pacités volumétriques des parties de la chambre de distilla- tion qui communiquent avec les trous de chargement.
Les ex- pressions "capacité sensiblement égale" et "quantité sensii- blement analogue" employée dans la description et dans les revendications sont censées couvrir des variations de capa- cité et de quantité qui vont jusque IO %.
La partie inférieure de chacun des trous de chargement 27, 28 et 29 est dépouillée dans une direction parallèle à la longueur de la chambre de distillation, c'est-à-dire, trans versale à la batterie, comme indiqué par la référence 33, de manière à former un débouché évasé et à augmenter notablement la hauteur efficace de la chambre de distillation en ce qui concerne la capacité d'absorption de charbon lors du charge- ment. L'angle que forme avec la verticale la paroi qui déter- mine la dépouille doit être compris dans les limites de 40 à 50 , mais de préférence de 40 à 45 . Ainsi, la capacité de la chambre de distillation en ce qui concerne la réception de tas de charbon sans que ceux-ci atteignent la voûte de la chambre et forment des poches de gaz, se trouve notable- ment augmentée.
On a constaté que, lorsque l'angle de dépouil- le est maintenu dans les limites indiquées, la paroi supérieu- re de la batterie ne subit aucun affaiblissement notable.
Aux extrémités opposées de chaque chambre de distilla- tion sont prévus des conduits de départ de gaz 34, 35, qui aboutissent aux tubes d'ascension 36, 37 en communication avec les collecteurs 38, 39 disposés sur les côtés opposés de la batterie. Les collecteurs 38, 39 aboutissent au collec- teur de récupération de sous-produits 40 (figs.7 et 8) et sont
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reliés entre eux à une extrémité de la batterie par un con- duit de jonction 41.On emploie des soupapes-papillons, comme il sera décrit plus amplement dans la suite, pour mettre l'un ou l'autre des collecteurs 38, 39 en communication di- recte avec le conduit de récupération de sous-produits 40.
Tout comme dans les constructions classiques, les ex- trémités des chambres de distillation sont fermées par des portes, dont une présente une ouverture de repalage fermée par un portillon de repalage nivellement. Un bras repaleur indiqué d'une manière fragmentaire dans la'fig. 2, peut être inséré par cette ouverture pour repaler la charge, comme il sera exposé plus amplement dans la suite, et peut être ensui- te retiré de la chambre de distillation.
,Le chargement de la chambre de distillation doit être assuré par une enfourneuse mécanique qui décharge le charbon de chacune des soutes ou trémies avec un débit contrôlé de façon à former une charge de densité plus uniforme, sauf en ce qui concerne les lignes de rencontre des tas, lignes qui doivent toujours être situées aux mêmes endroits. Les dessins représentent deux types de telles enfourneuses mécaniques;il est cependant bien entendu que tout autre type d'enfourneuse mécanique convient à cet effet. Dans la variante montrée dans les figures 2 à 4, on fait usage d'une enfourneuse méca- nique consistant en un chariat 44 muni de roues 45 appelé à rouler sur des rails 46 disposées sur la voûte de la batterie.
Ce chariot porte trois soutes ou trémies 47, 48 et 49 (fig.2).
A la base de chaque soute est prévue une plaque rotative 50 munie de nervures 51 (fig.3) qui amènent le charbon à se dépla- cer avec la plaque rotative 50, de manière à entrer en contact avec le déflecteur ou versoir 52. Ce dernier assure le déchar- gement du charbon à travers une chute 53 qui aboutit à une manche télescopique 54, concue pour être abaissée jusqu'à la
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position où elle comble l'intervalle entre la chute 53 et un trou de chargement, chaque fois qu'il s'agit de charger une chambre de distillation, cette manche étant relevée jus- qu'à la position de la figure 2 une fois le chargement ef- fectué. Les manches peuvent être commandées par la timonerie désignée collectivement par la référence 55.
Une cabine 56 est montée sur le chariot 44 ; le mécanisme de commande pour les moteurs 57 (fig. 3) qui entraînent le chariot et action- nent la timonerie et les autres mécanismes de l'enfourneuse, est disposé dans cette cabine. Etant donné que l'enfourneuse mécanique du type décrit ci-dessus comporte un type de cha- riot bien connu, il est superflu de la décrire plus en détail.
La figure 5 montre une variante de l'enfourneuse méca- nique, qui convient également à cet usage. Les organes de la figure 5 qui fonctionnent de la même manière que ceux de l'en- fourneuse des figures 2, 3 et 4 portent les mêmes références que ceux-ci. La variante de la figure 5 diffère de celle des figures 2, 3 et 4 principalement par le fait que, dans la figure 5 la plaque rotative qui assure l'écoulement du char- bon vers et à travers la chute de décharge est remplacée par un dispositif d'alimentation au type à bac oscillant. Dans la variante de la figure 5, un bac vibrant 60 est monté au- dessous de chaque trémie, de façon à fonctionner comme obtu- rateur pour celle-ci. Ce bac communique avec la chute de dé- charge 53. Un vibrateur électrique 61 est relié au bac 60.
Lorsque le vibrateur 61 est excité, le charbon est déchargé à l'aide du bac, avec un débmt uniforme et controlé, de la tré- mie correspondante, vers la chute de décharge 53, d'où il pas- se à la chambre de distillation. Un écran d'isolation thermi- que 61' est disposé au-dessous du vébrateur 61, afin de pro- téger ce dernier contre la chaleur qui émane de la chambre de distillation après enlèvement des couvercles des trous de
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chargement.
Les soutes ou trémies de l'enfourneuse contiennent chacune une charge de charbon égale à la quantité de charbon qui doit être déposée au-dessous du trou de chargement appe- lé à être mis en communication avec cette soute. Lorsqu'il @ s'agit d'alimenter une chambre de distillation munie de trois trous de chargement, comme montré dans la figure 2, les quantités de charbon sont de préférence sensiblement égales.
Cependant, l'invention couvre une construction et un mode opératoire où les soutes contiennent des quantités de charbon inégales, mais qui ne diffèrent pas de plus de
10 % en poids, les conditions à remplir étant que, a) une fois les soutes vidées, il se forme des tas qui permettent à l'espace de gaz de la chambre de distillation de communiquer librement avec l'un ou l'autre des collecteurs de gaz, un passage d'échappement exempt d'obstruction étant assuré vers l'un ou l'autre des collecteurs et que, b) toutes les soutes puissent être vidées dans le même laps de temps.
Le charbon est déchargé des soutes par la plaque ou sole rotative 50 ou le bac oscillant 60, suivant le cas, avec un débit contrôlé, de sorte que les soutes se vident simulta- nément. On constate que lorsque les trous de chargement sont dépouillés ou évasés et situés de la manière montrée dans les desssins, la charge complète peut être introduite, avec for- mation de trois tas dans le cas d'une chambre de distillation à trois trous de chargement ou bouches de four, sans nécessi- ter l'intervention du bras repaieur pour refouler certaines parties de la masse de charbon de dessous des débouchés des trous de chargement.
Les plans de rencontre des trois tas de charbon ainsi formés sont désignés par les références 62, 63 ; on constate qu'ils sont orientés verticalement et situés toujours aux mê-
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mes endroits. Ce mode de chargement réduit le temps néces- saire au remplissage de la chambre de distillation, et exige moins de repalage. On a constaté que,dans la méthode de char- gement par wagonnets du type courant, le repalage de la char- ge nécessite six courses du bras repaleur, alors que deux courses seulement de ce bras sont néeessaires pour repaler le charbon chargé de la manière décrite ci-dessus. Il con- vient d'admettre que les quatre± courses supplémentaires du bras repaleur influencent défavorablement la densité du charbon dans la chambre de distillation, d'où cokéfaction non uniforme.
Etant donné que les plans de rencontre entre tas de charbon contigus occupent toujours la même position, les carnaux prévus dans les parois chauffantes en regard de ces plans de rencontre peuvent recevoir une plus grande quantité de gaz de chauffage, afin de compenser la densité plus élevée du charbon dans les zones déterminées par les plans de rencontre 62, 63, d'où cokéfaction plus uniforme de la charge. De même, les carneaux de chauffage extrêmes peu- vent recevoir une quantité de gaz plus élevée, pour compen- ser la densité plus élevée du charbon aux extrémités de la chambre de distillation.
Chacune des trémies ou soutes 47, 48 et 49 de l'en- fourneuse, contient, comme indiqué plus haut, la quantité de charbon nécessaire pour former la tas de charbon voulu dans la chambre de distillation; d'autre part la totalité du charbon contenu dans les trémies est nécessaire pour for- mer la charge de charbon dans la chambre de distillation. E- tant donné que, une fois l'enfourneuse ajustée au-dessus,des bouches de four et les manches 54 abaissées pour combler Il'intervalle entre la chute de chargement 53 de l'enfourneuse et les bouches de fours, la totalité de la charge de charbon s'écoule dans la chambre de distillation, il n'y a aucun
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éparpillement de charbon sur la voûte de la batterie.
D'au- tre part, dans les méthodes de chargement connues, du char- bon reste dans les trémies de chargement après le début du chargement et se loge dans les bouches de fours. Or, des ma- ttières volatiles qui se dégagent lors du chargement s'accu- mulent dans les espaces entre les bouches de four au voisi- nage de la.voûte de la chambre. A mesure que le chargement se poursuit il s'établit dans ces espaces une pression suf- fisante pour provoquer un refoulement des matières volatiles à travers les bouches de fours, d'où éparpillement du char- bon sur la voûte de la batterie.
La figure 2 montre que, une fois les trémies vidées, les tas de charbon formés dans les parties 30 et 32 de la chambre de distillation n'atteignent pas'la voûte de cette chambre, mais que des espaces à gaz 64, 65 sont ménagés au- tour des sommets des tas. A aucun moment, au cours du char- gement, la partie supérieure de la chambre de distillation n'est obstruée de façon à entraver l'écoulement du gaz, dé- gagé lors du chargement vers l'un ou l'autre des collecteurs 38, 39. En d'autres termes, il ne se forme pas de poches de gaz; les parties dépouillées ou évasées des bouches de fours 27, 28 et 29 permettent l'introduction de la charge totale de charbon sans repaler et, de plus, elles déterminent respectivement les passages libres 64, 65, 66 pour 1'échappe- ment du gaz vers les collecteurs 38, 39.
Dans une chambre de distillation fraîchement chargée notablement le gaz se ferme si rapidement que la pression augmente dans cette chambre . A mesure que le processus de cokéfaction se poursuit, cette pression diminue, pour disparaitre vers la fin du processus, qui voit l'établissement d'une pression inférieure à la pression atmosphérique (dépression). La sur- pression initiale et la dépression finale rendent difficile
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le maintien d'un équilibre de pression entre les chambres de distillation et les carneaux de chauffage y adjacents, de sorte qu'il se produit une certaine fuite de gaz de fours à coke vers les carnaux et, inversement, de produits de la combustion vers les chambres de distillation.
Lorsque les deux collecteurs 38, 39 sont contrôlés de la manière décrite plus loin, on réalise non seulement un chargement sans dé- gagement de fumée, comme indiqué plus haut, mais aussi un fonctionnement caractérisé par un équilibre de pressions.
Dans la disposition selon les figs. 7 et 8, le gaz développé dans un four fraîchement chargé suivra le trajet de moindre résistance et affluera dans l'un des collecteurs 38 ou 39. Les papillons étant dans la position montrée dans la. figure 8, le gaz provenant des chambres de distillation où le processus de cokéfaction est à son début afflue vers le collecteur 38, comme indiqué par les flèches de cette fi- gure, et longe ce collecteur jusqu'à ce qu'il atteigne les chambres où la cokéfaction approche de sa fin et où les pressions sont inférieuresà la moyenne, ces dernières cham- bres étant désignées par 66', 67 dans la figure 8.
Le gaz traversera ces dernières chambres par les espaces à gaz mé- nagés au-dessus des charges et pénétrera dans le collecteur 39 et de là, dans le conduit 41, pour arriver finalement dans le conduit de récupération de sous-produits 40, le tout étant indiqué par les flèches de la figure 8.
Lorsqu'on renverse ces papillons de façon qu'ils occu- pent la position selon la figure 7, ce qui a lieu chaque fois qu'on veut, détenir des conditions de température optimum dans les parties supérieures des chambres de distillation, les gaz développés dans les fours fraîchement chargés se di- rigent vers l'un des collecteurs 38, 39. Comme indiqué par les flèches dans la figure 7, le gaz qui se propage dans le @
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collecteur 39 suit le trajet de moindre résistance et tra- verse les espaces de gaz des fours dans lesquels la coké- faction est à un stade avancé et où, de ce fait, la pression est moins élevée pour pénétrer dans le collecteur 38, d'où le gaz pénètre dans le conduit de récupération de sous-produits
40.
Ainsi les pressions dans les chambres de distillation fraichement chargées s'équilibrent avec celles des chambres où la cokéfaction est à un stade avancé, d'où, finalement, équilibrage des pressions dans l'ensemble de la batterie.
Il en résulte l'avantage qu'il n'y a jamais de surpressions excessives dans les chambres de distillation fraîchement chargées, ni de dépressions dans les chambres où la cokéfac- tion est avancée, ce qui permet un fonctionnement dans un état d'équilibre de pressions tel qu'il empêche toute fuite à travers la maçonnerie des carneaux vers les chambres de distillation ou de celles-ci vers les carneaux.
Le gaz qui quitte une chambre de distillation fraîche- ment chargée et pénètre dans le collecteur 38 ou 39 est arrosé et refroidi à l'aide de jets classiques prévus dans le système collecteur, de sorte que, lorsque ce gaz pénètre dans l'enceinte de gaz d'un four où la cokéfaction est avan- cée, il a une température de 175 à 2000 F. En balayant les enceintes à gaz à la partie supérieure des chambres de dis- tillation, ce gaz saturé maintient la maçonnerie et les en- ceintes à gaz à une température relativement peu élevée.Ceci empêche la formation de carbone sur la voûte; il en résulte en outre une amélioration de la qualité des sous-produits, du fait qu'on évite leur décomposition pyrogénée dans les enceintes à gaz.
De plus, et contrairement aux méthodes, o la portion supérieure de la charge de charbon n'était pas complètement cokéfiée, dans le but de préserver les sous-pro- duits en sacrifiant une certaine quantité de bon coke, la
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présente invention assure une cokéfaction complète de la charge, sans influencer défavorablement les sous-produits.
L'emploi de deux collecteurs reliés par un conduit de jonction et contrôlés de façon que le gaz moins chaude ve- nant d'un collecteur, traverse les enceintes à gaz des cham- bres de distillation où le processus est à un stade avancé, ne fait pas en lui-même, partie de la présente invention, mais forme l'objet du brevet Otto N 2.195.466, accordé le 2 Avril 1940.
La présente invention concerne l'application d'une telle construction à une batterie de fours à coke, dans laquelle les bouches de fours sont dépouillées et espa- cées comme décrit ci-dessus et où la chambre de distillation est chargée par une enfourneuse mécanique qui est vidée,sans qu'on procède à un repalage, de façon à constituer des tas de charbon dans la chambre de distillation et à établir une enceinte à gaz communiquant librement avec l'un ou l'autre des deux collecteurs, ce qui permet de réaliser un chargement sans dégagement de fumée, tout en présentant d'autres avan- tages, comme ceux décrits plus hauts, et ceux qui seront exposés plus loin.
La figure 6 montre une variante dans laquelle la voû- te de chaque chambre de distillation comporte quatre bouches de four 70, 71, 72 et 73, les conduits de départ de gaz 74, 75 étant en communication avec des collecteurs analogues par exemple à ceux désignés par 38, 39 dans la figure 2. L'axe longitudinal de la batterie est désigné par 76. La figure 6 montre l'espacement que l'on applique de préférence à quatre bouches de four dans le but de compenser la divergence'des parois de la chambre de distillation et afin de diviser celle- ci en parties de capacité volumétrique sensiblement égales.
Lorsque les bouches de fours sont espacées et dépouillées ou évasées selon la figure 6, on obtient quatre tas de charbon @
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77, 78, 79 et 80, qui représentent des quantités pratique- ment semblables, sans avoir à recourir à un rep'alage, aucun de ces tas n'ayant une hauteur susceptible d'obstruer l'en- ceinte à gaz située sous la voûte de la chambre de distilla- etion, la totalité du charbon ainsi introduit constituant la charge voulue, sans qu'une partie du charbon cokéfié dans chaque chambre soit sacrifiée.
Les lignes de rencontre 81 entre les tas 77, 78, la ligne de rencontre 82 entre les tas 78, 79 et la ligne de rencontre 83 entre les tas 79,80 -lorsque la chambre de distillation est chargée selon la présente invention, comme décrit ci-ààssus, à l'aide d'une enfourneuse mécanique dont les trémies contiennent des quan- tités de charbon exactement suffisantes pour former les tas précités - occupent toujours les mêmes positions relatives dans la chambre de distillation, de sorte qu'une plus grande quantité de gaz de chauffage peut être fournie aux carnaux situés en regard de ces lignes de rencontre, de façon à com- penser la densité plus élevée du charbon en ces endroits.
On remarquera que les sommets des tas de charbon sont écartés des parties ravalées des bouches de fours, de sorte que le gaz dégagé lors du chargement peut s'échapper librement vers les conduits de départ 74, 75.
La batterie de fours à coke décrite ci-dessus peut traiter du charbon aussi bien sec qu'humide. Par"charbôn humide" on entend un charbon ayant une teneur en humidité de plus de 5 % environ en poids. Le charbon humide contient habituellement de 6 % à 8 % d'humidité. Dans certains cas, la teneur en humidité peut atteindre IO %. Du charbon sec, c'est-à-dire, du charbon à teneur en humidité inférieure à
5 % environ, et dont le chargement posait jusqu'à présent un sérieux problème de fumée peut être cokéfié avec un bon rendement dans une batterie objet de l'invention, avec éli-
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mination complète des fumées nuisibles.
Lorsque la batterie est en action, les trémies de l'enfourneuse contiennent des quantités de charbon pratique- ment semblables, nécessaires pour former les tas voulus dans la chambre de distillation, comme montré dans les figures 2 et 6, ces tas se formant à la suite du vidage des trémies.
On remarque que ces tas laissent un espace vide au sommet de la chambre, espace par lequel les matières volatiles déga- gées lors du chargement peuvent s'échapper vers les collec- teurs 38 et 39. L'enfourneuse qui contient de telles charges de charbon est ajustée au-dessus de la chambre de distilla- tion qui doit être chargée; on enlève les couvercles des bouches de four, on abaisse les manches 54, et l'on manoeu- vre l'enfourneuse mécanique de façon à produire l'écoulement des charges avec un débit contrôlé, de façon que toutes les trémies soient vidées dans le même laps de temps, générale- ment de l'ordre de une minute ou moins. On relève ensuite les manches 54 et l'on referme les bouches de four.
On intro- duit le bras repaleur dans la partie supérieure de la cham- bre de distillation, en pratiquant une ou plusieurs passes, habituellement deux, afin de niveler la charge.
Le gaz dégagé dans la chambre de distillation, dont la chargement sopère de la manière indiquée, se dirige vers le collecteur 38 ou 39. Lorsque les papillons 42, 43 sont disposés comme indiqué dans la fig. 8, le gaz qui se propage dans le collecteur 38 et qui vient de la chambre de distil- lation fraîchement chargée ou d'autres chambres de distilla- tion dans lesquels la cokéfaction est à son stade initial, s'écoule à travers ce collecteur 38 jusqu'à ce qu'il rencon- tre des chambres de distillation où la cokéfaction est à un stade avancé et où, par conséquent, règne une pression moins élevée.
Le gaz refroidi dans le collecteur 38 traverse les enceintes à gaz des chambres de distillation où la cokéfaction @
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est dans un stade avancé, en refroidissant ces enceintes, pé- nètre ensuite dans le collecteur 39 et traverse le conduit de jonction 41, pour se diriger vers le conduit de récupéra- tion de sous-produits 40.
Lorsqu'il est nécessaire d'inver- ser le courant de gaz dans les enceintes à gaz des chambres de distillation où la cokéfaction estnavancée, afin de réa- liser les conditions de température voulues dans ces cham- bres, on manoeuvre les papillons 42, 43, de façon qu'ils oc- cupent la position selon la figure 7, de sorte que du gaz froid puisse traverser les enceintes à gaz des chambres de distillation 66', 67 à cokéfaction avancée, cela dans la direction indiquée par les flèches dans la figure 7, ce gaz pénétrant dans le collecteur 38 et, de là, dans le conduit de récupération de sous-produits 40.
La variante selon la figure 9 comporte un collecteur unique, sur un côté seulement de la batterie. On a constaté que cette variante peut cokéfié du charbon humide avec un bon rendement, sans émission de fumée gênante. Cette même variante peut aussi servir à cokéfier du charbon sec ; toute- fois, dans ce cas, et pour éviter les dépôts de carbone sur la voûte, il sera nécessaire d'augmenter la durée de la co- kéfaction, de sorte que celle-ci s'opérera à un taux inférieur à un pouce par heure.
Dans la figure 9, les organes semblables à ceux de la figure 2 portent les mêmes références que ces derniers; leur construction et leur fonctionnement ressortent de la description ci-dessus, relative aux organes analogues de la figure 2. La batterie de fours à coke selon la figure 9 dif- fère principalement de celle de la figure 2, décrite plus haut, par le fait qu'elle comporte un seul conduit de départ de gaz 84 dans la voûte de chaque chambre de cokéfaction, ce conduit aboutissant à un tube d'ascension 85, qui communi- que avec un collecteur unique 86 allant au système de récupé
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ration des sous-produits.
Il va de soi que la disposition à trois bouches de four et à collecteur inique, selon la figure 9 peut être remplacée par une disposition comportant quatre trous de four espacés, selon la figure 6, mais pourvue d'un seul conduit de départ de gaz, aboutissant à un collecteur unique.
Dans le cas de la variante de la figure 9, les tré- mies de l'enfourneuse contiennent des charges de charbon humide ou sec d'importance sensiblement égale, charges qui doivent former les tas adéquats dans la chambre de distilla- tion, comme montré dans la figure 9, ces tas étant consti- tués par la vidange des trémies. On voit que ces tas lais- sent un espace libre sous la voûte de la chambre, par lequel les substances volatiles qui se dégagent lors de l'enfour- nement peuvent s'échapper vers le collecteur 86.
On ajuste l'enfourneuse portant ces charges de charbon, au-dessus de la chambre de distillation à charger ; on enlève les couver- cles des bouches de four, on abaisse les manches 54 jusqu'à la position voulue et l'on actionne l'enfourneuse mécanique pour faire écouler les charges avec un débit contrôlé, de telle sorte que toutes les trémies soient vidées dans le même laps de temps, généralement de l'ordre de une minute ou moins. On peut ensuite relever les manches 54 et remettre en place les couvercles des bouches de four. On fait inter- venir le bras repaleur dans la partie supérieure de la cham- bre de distillation où il exécute la ou les courses nécessai- res, généralement deux, pour égaliser la charge.
De la description ci-dessus il ressort que, lorsqu'on procède conformément à la présente invention, on évite les dépots de carbone sur la voûte. Ceci augmente la capacité de la batterie, étant donné que, vu l'absence de carbone sur la
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voûte, il n'est pas nécessaire d'interrompre le fonctionne- ment d'une ou de plusieurs chambres de distillation afin de brûler le carbone ; par conséquent, et pour une même durée net- te de la cokéfaction, on peut enfourner un plus grand nombre de chambres de distillation par jour. De plus, et vu l'absen- ce de dépôts de carbone sur la voûte et sur les parois incli- nées des débouchés évasés des bouches de fours, le gaz déve- loppé lors du chargement peut s'échapper sans entraves, dans les. deux sens, le long de la voûte,d'où enfournement sans émission de fumée.
L'équilibre de pressions maintenu entre les fours et les carneaux, comme décrit ci-dessus réduit au minimum les pertes de gaz et de sous-produits par le carneau de fumée, ainsi que la dilution du gaz de fours à coke par les produits de la combustion. Le fait d'employer deux col- lecteurs, avec circulation de gaz froid à travers les encein- tes à gaz au sommet des chambres de distillation où la coké- faction est à un stade avancé, améliore le rendement et la qualité du gaz et des sous-produits et permet de procéder de façon que la charge soit complètement cokéfiée, y compris la tête de la charge, cela sans influencer les sous-produits d'une manière défavorable.
On constate en outre que l'égalisation de la charge dans les deux variantes décrites ci-dessus exige un nombre plus réduit de course du bras repaleur, ce qui permet de réa- liser une économie de temps appréciable pour chaque opération d'enfournement. Dans la variante selon la figure 2, qui com- porte deux collecteurs, comme indiqué plus haut, le gaz émis lors de l'enfournement peut s'échapper sans entraves dans les ,deux sens, le long de la voûte, d'où enfournement exempt de- fumée. Dans la variante selon la figure 9, le gaz qui se déve- loppe lors de l'enfournement peut, pendant toute la durée de celui-ci, s'échapper sans entraves dans le collecteur 86, re @
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qui supprime la fumée gênante.
Vu que l'enfournement s'opè- re sans éparpillement de charbon et sans émission de fumée désagréable, les conditions de travail pour les personnes occupées sur la plate-forme de la batterie se trouvent sen- siblement améliorées. En outre, et vu qu'on obtient une char- ge de charbon qui présente une densité plus uniforme dans son ensemble sauf a) aux endroits des lignes de rencontre des tas de charbon, lignes qui se présentent toujours aux endroits sensiblement les mêmes, et b) aux extrémités de la chambre de distillation, la compensation de la densité. plus élevée du charbon dans ces zones, qui consiste à four- nir des quantités plus élevées de gaz de chauffage aux car- neaux.qui chauffent ces zones, permet d'obtenir un coke plus uniforme.
Par l'expression "enfournement mécanique", employée dans les revendications, on entend l'alimentation en charbon à l'aide d'une enfourneuse qui introduit le charbon dans les bouches de fours ou trous de chargement avec un débit contrôlé subordonné à la vitesse de déplacement du dispositif d'ali- mentation, par exemple, la plaque rotative 50 ou le bac oscil- lant 60 des enfourneuses mécaniques montrées respectivement dans les figures 3 et 5, par opposition au mode de chargement du charbon, où ce dernier s'écoule, par simple gravité, depuis les trémies et à travers les bouches de fours.
En considérant que des modifications peuvent êntre ap- portées à la présente invention sans dépasser la portée de celle-ci, la description qui précède doit être interprêtée dans le sens illustratif et non limitatif.
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