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Procédé et dispositif pour le fonctionnement d'une batterie de fours à coke.
La présente invention a pour objet le fonctionnement d'u- ne batterie de fours à coke par combustion simultanée d'un gaz pauvre tel que le gaz de hauts-fourneaux ou du gaz de gazogène et d'un gaz riche tel que le gaz de fours à coke, ce dernier gaz ne fournissant pas plus de 25% de la chaleur nécessaire à la cokéfaction de la charge.
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L'invention oeuvre un procédé de fonctionnement d'une batterie de fours à coke du type combiné à carneaux et à ré- génération, consistant à faire passer dans les régénérateurs un courant de gaz pauvre pour le chauffage préliminaire de ce gaz qui passe ensuite dans les carneaux, à faire passer d'autre part un courant de gaz riche à une vitesse déterminée de maniè- re à ce que ce courant ne fournisse pas plus de 25 le de la cha- leur nécessaire à la cokéfaction de la charge, à retirer une partie du courant de gaz pauvre s'écoulant vers le distributeur de gaz pauvre,
à mélanger la partie ainsi retirée avec le cou- rant de gaz riche et à régler l'écoulement du mélange obtenu suivant la pression régnant dans le distributeur de gaz riche de manière à fournir le mélange sous pression à peu près cons- tante au système distributeur de gaz riche communiquant directe- ment avec les carneaux.
L'invention couvre également un système distributeur de gaz permettant l'exécution d'un tel procédé.
En général, on établit les batteries de fours à coke de manière à fonctionner soit par combustion d'un gaz riche tel que du gaz de fours à coke alimentant directement les carneaux de chauffage, soit par combustion d'un gaz pauvre tel que du gaz de hauts-fourneaux que l'on chauffe d'abord et au préalable en le faisant passer par les régénérateurs de gaz, après quoi le gaz pauvre ainsi préchauffé brûle dans les carneaux. Dans de telles batteries connues sous le nom de batteries de fours combinées, la conduite de distribution du gaz de fours à coke est prévue de manière à recevoir le volume assez considérable de gaz de fours à coke que l'on doit brûler lorsqu'on vent faire fonctionner la batterie avec le gaz de fours à coke seul en vue de fournir la chaleur nécessaire à la cokéfaction de la charge.
Pour le fonctionnement de telles batteries, il est par- fois avantageux de procéder en fournissant simultanément du gaz
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de hauts-fourneaux ou autre gaz pauvre aux régénérateurs des gaz à l'entrée et du gaz de fours à coke ou autre gaz riche aux carneaux. Par exemple, il peut être avantageux de faire brûler une petite quantité de gaz de fours à coke ali- mentant directement les carneaux pour assurer un chauffage sa- tisfaisant de la base de la charge dans chaque chambre de coké- faction.
Si l'on fait fonctionner les fours au moyen de gaz de hauts fourneaux seuls, la cokéfaction de la base de la char- ge dans chaque chambre de cokéfaction peut être insuffisante er. raison de ce qu'il s'écoule une durée sensible après l'entrée du gaz dans les carneaux et le commencement de sa combustion avant que l'on atteigne la température maximum à obtenir.
Dans certains cas il peut y avoir surabondance de gaz de fours à coke de telle sorte qu'il est avantageux de faire brûle une partie du gaz de fours à coke pour fournir la chaleur né- cessaire à la cokéfaction de la charge. Dans d'autres cas, la combustion du gaz de hauts fourneaux du type et sous le volu- me disponibles peut être insuffisante pour fournir la chaleur nécessaire à la cokéfaction de la charge à la vitesse désirée.
Pour obtenir la chaleur nécessaire à cet effet, on peut four- nir directement le gaz des fours à coke aux carneaux pour l'y brûler. Lorsqu'on cherche à distribuer une quantité relative- ment faible de gaz de fours à coke dans le dispositif de dis- tribution correspondant contrairement au mode d'écoulement qui y est normalement appliqué pour la cokéfaction de la charge par combustion de gaz de fours à coke seul, on constate que la pression dans le dispositif de distribution du gaz de fours à coke est si faible que de faibles fluctuations de pression dans les carneaux individuels provoqués par les fluctuations de tirage agissant dans l'ensemble des carneaux, ont une ac- tion sensible sur la distribution du gaz de fours à coke aux différents carneaux,
de telle sorte que cette distribution
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du gaz de fours à coke aux dits carneaux est médiocre.
La présente invention a pour objet de faire fonctionner d'une manière efficace et économique une batterie de fours à coke du type combiné au moyen de gaz pauvre fourni directement aux régénérateurs des gaz d'entrée, et de gaz riche fourni di- rectement aux carneaux.
L'invention a également pour objet un procédé pour le fonc tionnement d'une batterie de fcurs à coke où le gaz riche est fourni en quantités appropriées pour ne dégager qu'une faible proportion de la chaleur nécessaire à la cokéfaction de la charge, à savoir au plus 25% de cette chaleur, ce gaz riche alimentant un système distributeur susceptible de fournir tout le gaz de fours à coke ou autre gaz riche nécessaire au chauf- fage de la charge tout en assurant une distribution rationnelle du gaz riche dans tout le système de carneaux de chauffage.
Suivant un autre objet de l'invention, on a prévu une dis- position perfectionnée des canalisations d'alimentation et de distribution de gaz riche et de gaz pauvre et du méoanisme de commande correspondant, de manière à assurer la fourniture de n'importe quelle quantité de gaz de fours à coke au distribu- teur correspondant et aussi, pour une fourniture au système distributeur d'une quantité de gaz de fours à coke très infé- neure à celle pour laquelle le distributeur est conçu en vue du fonctionnement de la batterie au moyen de combustion de gaz de fours à coke seul, une distribution uniforme de ces quan- tités réduites de gaz de fours à coke dans l'ensemble des carneaux.
D'autres objets et d'autres avantages de l'invention ap- paraîtront à la lecture de la description détaillée ci-après.
Conformément à l'invention, on fournit du gaz riche à la vitesse d'écoulement désirée pour alimenter le distributeur
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de gaz riche d'une batterie de fours à coke à régénération du type combiné, cette vitesse d'écoulement étant réglée de manier à ce qu'elle reste constante malgré les fluctuations de l'ali- mentation en gaz riche, par exemple malgré des fluctuations du volume de gaz riche dans le réservoir correspondant tandis que le gaz pauvre est fourni au distributeur correspondant de maniè re à assurer une pression à peu près constante de gaz pauvre da. ce distributeur.
Une petite quantité de gaz pauvre est retirée du courant principal allant du distributeur de gaz pauvre pour être mélangée au courant de gaz riche arrivant à une vitesse réglée et l'on règle la pression du mélange obtenu de manière à ce qu'elle corresponde aux modifications de pression dans le distributeur de gaz riche afin de fournir à ce dernier un mélan. ge de gaz pauvre et de gaz riche à une pression désirée à peu près constante, de préférence au-dessus de 5 mm. de hauteur d'eau et avantageusement d'au moins 10 mm. de hauteur d'eau de telle sorte que les modifications de tirage dans les carneaux n'ont pas d'action sensible sur la distribution du mélange de gaz dans les carneaux.
Ainsi la batterie fonctionne d'une part au moyen de gaz pauvre alimentant directement les régénérateurs de gaz à l'entrée qui préchauffent le gaz pauvre @ urnissant au moins 75 % de la chaleur nécessaire à. la cokéfaction de la charge et d'autre part au moyen d'une alimentation directe, c'est à dire sans préchauffage, de gaz riche arrivant aux brû- leurs dans les carneaux, ce gaz riche étant fourni à une vi- tesse réglée au distributeur du gaz riche, sous une pression constante suffisant à assurer une distribution satisfaisante dans l'ensemble des carneaux de chauffage et cela malgré les fluctuations du tirage dans les carneaux.
Lorsqu'on fait fono- tionner la batterie au moyen de gaz pauvre, il est important de fournir au moins 75 % de la chaleur nécessaire à la cokéfaction de la charge par la combustion de ce gaz pauvre car si l'on
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amenait une plus faible quantité de gaz pauvre aux régénéra- teurs de gaz à l'entrée, le fonctionnement serait défectueux au point de vue du préchauffage du gaz pauvre et de la récupé- ration de la chaleur contenue dans les produits de combustion sortant de la batterie.
On a représenté sur la figure unique du dessin annexé un mode d'exécution préféré du système des canalisations de gaz et des commandes correspondantes, ces canalisations reliant le réservoir de gaz de hauts fourneaux à la tubulure de distribu- tion de ces gaz et le réservoir de gaz de fours à coke à la tu- bulure de distribution de ces gaz de fours à coke.
On limitera la description suivante au mode d'exécution représenté au dessin, mais il devra être bien entendu que la portée de l'invention n'est nullement limitée au mode d'exécu- tion décrit et représenté ; enparticulier, on pourrait fournir au distributeur de gaz pauvre un gaz pauvre autre que du gaz de haut s-fourneaux et en particulier du gaz de gazogène et d'autre part, on pourrait fournir au distributeur de gaz riche, un autre gaz riche tel que du gaz à l'eau, du gaz naturel, du gaz de raffinerie, ou tout autre gaz présentant un pouvoir ca- lorifique supérieur à 1320 calories par mètre cube.
Sur le dessin, 10 désigne le réservoir de gaz de hauts fourneaux relié par la canalisation 11 à la tubulure distribu- trice de gaz de hauts fourneaux 12, cette tubulure communiquant avec des régénérateurs de gaz à l'entrée d'une batterie de four: à coke 13; cette batterie peut être de tout type bien connu de batteries à régénération du type combiné. Le gaz s'écoule à la manière habituelle par ces régénérateurs pour y être pré- chauffé, après quoi le gaz préchauffé pénètre dans les carneaux et y est brûlé; l'air de combustion est fourni aux carneaux par les régénérateurs d'air à l'entrée.
La canalisation d'amenée des gaz 11 comporte la soupape
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d'arrêt habituelle 14, le débitmètre 15 indiquant la vitesse d'écoulement du gaz qui y passe et une vanne de réglage 16 soumise à l'action du régulateur de pression 17 de tout type connu soumis lui-même à la pression régnant dans la tubulure distributrice des gaz de hauts fourneaux 12. Ce régulateur de pression fonctionne de manière à placer la soupape 16 dans une position telle qu'elle amène le débit de gaz de hauts fourneaux pénétrant dans la tubulure 12 à. une valeur telle que la pressio. de gaz dans cette tubulure demeure pratiquement constante.
Un enregistreur de pression 18 de tout type classique peut être associé au régulateur de pression 17 de manière à. assurer l'en- registrement des pressions régnant à l'intérieur de la tubulure 12.
La réservoir de gaz de fours à coke 19 présente une cana- lisation 20 alimentée par lui. Des soupapes 21 et 22 sont in- tercalées dans la canalisation 20 et une dérivation en bypass 23 quitte la canalisation 20 en un point disposé entre les sou- papes 21 et 22 comme représenté. La canalisation 20 aboutit au réchauffeur 24 qui peut âtre chauffé par de la vapeur d'eau circulant à l'extérieur des canalisations parcourues par le gaz de fours à coke afin d'amener ce dernier à une température qui empêche toute condensation dans l'écoulement ultérieur des gaz vers les carneaux.
Une canalisation 25 comportant une soupape 26 sort du ré- chauffeur 24 et sa capacité est suffisante pour le passage de la totalité du gaz de fours à coke nécessaire à la cokéfaction de la charge.
Une canalisation auxiliaire 27 de capacité plus faible qui peut être égale à peu près au quart de celle de la canalisation 25 est branchée sur cette dernière et comporte des soupapes 28 et 29 et une soupape de commande du débit 30 soumise à l'ac- tion du régulateur d'écoulement 31 de tout type connu, de pré-
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férence le compteur bien connu servant à mesurer le débit du gaz et qui peut être prévu également pour assurer le fonction- nement de la soupape de commande 30 en vue d'obtenir une vi- tesse quelconque désirée d'écoulement de gaz.
Le régulateur de débit 31 est associé à deux lumières 32-33 ménagées dans des diaphragmes dans la canalisation auxi- liaire en dérivation 27 et dans la canalisation principale 25 respectivement.
Le régulateur de débit 31 présente à sa sortie deux cana- lisations 34-35 dont la premièse bifurque pour former les deux dérivations 36 et 37 tandis que la canalisation 35 présente deux dérivations 38 et 39. Les canalisations 36 et 38 communi- quent avec la canalisation en dérivation 27 de part et d'autre de la lumière 32 ménagée dans un diaphragme. Les dérivations 37 et 39 communiquent d'autre part avec la canalisation princi- pale 25 de part et d'autre de la lumière 33 ménagée dans un dia phragme porté par cette canalisation principale. Un robinet à trois voies 40 sert à faire communiquer l'une ou l'autre des dérivations 36 ou 37 avec la canalisation 34 correspondante aboutissant au régulateur de débit 31.
En d'autres termes., pour l'une de ses positions, le robinet 40 ferme la communication entre la canalisation 34 et la dérivation 37 pour faire com- muniquer 34 avec l'autre dérivation 36 aboutissant d'un côté de la lumière 32 dans le diaphragme de la canalisation 27. De même la soupape à trois voies 41 peut être placée de manière à mettre en communication la canalisation 35 aboutissant au ré- gulateur de débit 31 avec l'une ou l'autre de ces dérivations 38 ou 39.
Une canalisation transversale 42 comportant une soupape 43 relie la canalisation 11 d'amenée des gaz de haute-fourneaux avec la canalisation 25. La canalisation 42 s'ouvre dans la ca- nalisation 25 en un point au delà de la soupape de commande du
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débit 30 dans le sens d'écoulement des gaz de fours à coke dans la canalisation 25. Une canalisation 44 pour le mélange des gaz part du point de connexion entra la canalisation trans- versale 42 et la. canalisation principale 25 pour aboutir à la tubulure d'admission des gaz d-s fours à coke représenté en 45.
Une soupape de réglage 46 est prévue dans cette canalisa- tion de mélange 44 et fonctionne sous l'action d'un régulateur de pression 47 de tout type approprié soumis à l'action de la pression régnant dans la tubulure 45 des gaz de fours à. coke.
Une soupape 48 est disposée également dans cette canalisation 44 de mélange immédiatement en avant du point où celle-ci com- munique avec la dérivation 23. Un enregistreur de pression 49 de tout type approprié bien connu peut être associé au régula- teur de pression 47 pour enregistrer les pressions à l'intérieur de la tubulure 45.
Une soupape 50 est disposée dans la dérivation 23 et une autre 51 dans la canalisation 25. Le rôle de la dérivation 23 consiste à permettre l'écoulement du gaz de fours à coke pour cette canalisation au moment où l'on désire pour une raison quelconque arrêter l'écoulement passant par la canalisation prin- cipale, par exemple en vue de nettoyer ou de réparer une partie quelconque de l'appareillage associé à cette canalisation 25.
Lorsqu'on utilise cette dérivation 23, on ferme les soupapes 22 et 48 et on ouvre la soupape 50. Au contraire, quand cette dérivation n'est pas utilisée, ce qui est la cas normal, on ferme la soupape 50 et on ouvre les soupapes 33 et 48. On peut, bien entendu, supprimer, le cas échéant, la dérivation 23.
En fonctionnement, lorsqu'on fait marcher le four à coke à régénération exclusivement au moyen de gaz de fours à coke, on ferme les soupapes non représentées renversant la sens d'é- coulement des gaz de hauts fourneaux qui commandent l'écoulemen des gaz de hauts fourneaux vers les régénérateurs de gaz à
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l'entrée, en débrayant les dites soupapes au moyen de cibles d'inversion et on ferme également les soupapes 28 et 29 dans la canalisation auxiliaire 27. On maintient ouverte la soupape 14 de manière que l'ensemble du système utilisé pour les gaz de hauts fourneaux se trouve sous la pression régnant dans le ré- servoir correspondant en éliminant ainsi les risques d'explo- sion dûs à l'infiltration possible d'air dans le dit système.
Les soupapes 40 et 41 sont placées de manière à ce que les côtés opposés du diaphragme comportantla lumière 33 se trouvent en communication avec le régulateur d'écoulement 31 qui fonctionne exclusivement comme compteur pour faire apparaître le volume de gaz de fours à coke fourni. Le gaz de fours à coke s'écou- le du réservoir correspondant 19 en passant par la canalisation 20, le réchauffeur de gaz de fours à coke 24, la canalisation 25 dont la soupape 51 est ouverte, et la canalisation 44 pour pénétrer dans la tubulure 45 d'admission des gaz de fours à coke la soupape 46 fonctionnant sous l'action du régulateur de pres- sion 47 pour maintenir une pression sensiblement constante de gaz de fours à coke dans la tubulure 45.
De cette tubulure, le gaz de fours à coke est distribué dans les carneaux pour y être brûlé; l'air de combustion est fourni par les régénérateurs d'admission d'air.
Lorsqu'on désire faire fonctionner la batterie de fours à coke à la fois avec le gaz pauvre et le gaz de fours à coke, le gaz pauvre s'écoule par la canalisation 11 dans la tubulure 12 de gaz de hauts fourneaux, le régulateur de pression 17 mainte- nant une pression à peu près constante de gaz de hauts four- neaux dans cette tubulure 12. Au moins 75% de la chaleur né- cessaire à la cokéfaction de la charge sont fournis par les gaz de hauts fourneaux provenant de la tubulure 12 et alimentant les régénérateurs de gaz à l'entrée d'où les gaz de hauts four- neaux préchauffés pénètrent dans les carneaux.
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Le gaz de fours à coke est fourni simultanément à la ca- nalisation 20 d'où il s'écoule dans la canalisation 25.
Le reste de la chaleur destiné à cokéfier la charge, à savoir,au maximum 25 '% de cette chaleur, est fourni par le gaz de fours à coke.
On ferme la soupape 51 dans la canalisation 25 et les sou- papes 40 et 41 sont disposées de manière que le régulateur de débit 31 communique avec les côtés opposés du diaphragme por- tant la lumière 32 dans la canalisation auxiliaire 27. Le régu- lateur de débit 31 est réglé de manière à assurer une vitesse désirée d'écoulement de gaz de fours à coke dans les oanalisa- tions 25 et 27, cette vitesse d'écoulement étant maintenue sen- siblement constante par le régulateur de débit 31.
Autrement dit, s'il se produit des modifications dans le débit de gaz de fours à coke en raison, par exemple, de fluctuations dans le volume de gaz de fours à coke dans le réservoir 19, le régula- teur de débit 31 amène la soupape 30 dans une position telle qu'il se produise une compensation pour de telles fluctuations tandis qu'un débit à peu près constant est établi par la cana- lisation 27 vers la canalisation 44. Le débit de gaz de fours à coke pour lequel le régulateur de débit 31 est réglé par le préposé sera choisi de manière à fournir, avec celle fournie par combustion du gaz de hauts-fourneaux, la chaleur nécessai- re à la cokéfaction parfaite de la charge.
Ce débit variera avec la batterie alimentée et dépendra d'un grand nombre de facteurs tels que la quantité de gaz de hauts fourneaux dispo- nible, de fait que cette quantité peut assurer ou non une co- kéfaction satisfaisante y compris celle de la partie inférieu- re de la charge, la quantité de gaz de fours à coke disponible, etc.. On peut définir facilement la valeur optima pour une batterie donnée et dans tous les cas, lorsqu'on fonctionne à la fois avec du gaz pauvre et du gaz de fours à coke, la quan-
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tité de gaz de fours à coke utilisée ne doit pas dépasser la quantité qui, une fois brûlée fournit 25 % de la chaleur nécessaire à la cokéfaction de la charge.
Une petite quantitéde gaz de hauts-fourneaux s'écoule de la canalisation principale 11 dans la dérivation transver- sala 42 après ouverture de la soupape 43 à est effet, et elle se mélange avec le gaz de fours à coke s'écoulant par la cana- lisation 44. La pression du mélange de gaz obtenu est réglée par le régulateur de pression 47 commandant la soupape 46 de telle sorte que le mélange de gaz comprenant principalement du gaz de fours à coke est fourni à la tubulure 45 de gaz de fours à coke sous une pression sensiblement constante telle que l'on assure une distribution uniforme des gaz aux brûleurs dans les carneaux quelles que soient les fluctuations du tira- ge qui peuvent se présenter dans les carneaux. La quantité de gaz de hauts-fourneaux ainsi débitée par la dérivation trans- versale 42 variera suivant les modifications de pression dans la tubulure 45.
La quantité de gaz de hauts fourneaux ainsi fournie assura l'alimentation au moyen d'un mélange de gaz de hauts-fourneaux et de fours à coke sous une pression sensible- ment constante, ce mélange arrivant à la tubulure 45 sous une pression qui peut descendre jusqu'à 5 mm. de colonne d'eau et qui est, de préférence, d'environ 10 mm. de colonne d'eau, cet- te pression étant susceptible d'assurer une distribution sa- tisfaisante de gaz entre la tubulure 45 et les carneaux quel- les que soient les fluctuations du tirage pouvant apparaître dans les carneaux. Le mélange de gaz de hauts fourneaux et de jburs à coke brûle dans les carneaux, en même temps que le gaz de hauts fourneaux réchauffé amené aux carneaux par les régénérateurs de gaz à l'entrée.
L'air destiné à la combustion est envoyé aux carneaux par les régénérateurs d'air à l'entrée.
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Quand on fait fonctionner la batterie au moyen de gaz de hauts-fourneaux seuls, une petite quantité de gaz de hauts fourneaux s'écoule par la. soupape 43 dans la tubulure de gaz riches 45, la soupape 43 étant ouverte à cet effet. La pression de ce gaz à l'intérieur de la tubulure 45 est maintenue à une valeur à peu près constante d'environ 5 à 10 nia. d-s colonne d'eau par le régulateur de pression 47. Cette tubulure 45 est maintenue constamment sous une pression de gaz supprimant tous risques d'explosion à la suite d'une infiltration d'air dans cette tubulure.
On remarquera que l'invention permet d'établir une batteri de fours à coke du type combiné fonctionnant d'une manière ef- ficace et économique au moyen de gaz de hauts fourneaux ou au- tre gaz pauvre, fourni directement aux régénérateurs de gaz à l'entrée d'une part, et de gaz de fours à coke ou autre gaz riche alimentant directement les carneaux d'autre part, la dis- tribution efficace du gaz de fours à coke aux carneaux étant assurée malgré les luctuations du tirage dans les carneaux et malgré la fait que l'on ne fournit qu'une qiantité relativement faible de gaz de fours à coke ou autre gaz riche au système dis tributeur de gaz riche.
Etant donné que certaines modifications dans l'exécution du procédé considéré et dans l'établissement de la batterie de fours à coke considérée conformément à l'invention peuvent être faites sans sortir du domaine de cette dernière, il doit être bien entendu que tout ce qui a été dit dans la description ci- dessus et tout ce qui a été représenté au dessin doit être in- terprété à titre d'exemple et sans aucun caractère limitatif.