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Perfectionnements aux fours à coke à tuyères inférieures.
La présente invention est relative à des perfec- tionnements aux appareils pour la distribution des fluides de combustion dans les carneaux de chauffage des fours à coke à tuyères inférieures et, plus,particulièrement, dans les carneaux de chauffage de fours à coke qui sont munis du perfectionnement décrit dans le brevet américain n 2.036.678, délivré le 29 Décembre 1942 au nom de Van Ackeren, d'après lequel des produits de combustion sont conduits en une circulation a travers le corps du four à coke, en partant de carneaux de chauffage qui les contiennent, en mélange avec des gaz de chauffage avant l'introduction de ces derniers 'dans des carneaux à feu correspondants du four à coke, en vue de réduire le pouvoir calorifique par unité de volume de ces gaz de chauffage et d'améliorer les carac- téristiques de combustion de ces gaz pour le chauffage du four.
Dans les fours à coke qui emploient le principe du chauffage par tuyères inférieures, les gaz de chauffage et, dans certaines réalisations de fours à coke, même l'air de combustion, sont distribués aux carneaux de chauffage par des tuyauteries principales de parois qui s'étendent généralement transversalement dans la batterie sensiblement en parallèle avec les parois de chauffage des fours à coke qui se trouvent disposées au-dessus. Ces tuyauteries princi- pales sont logées dans la partie inférieure de la batterie et peuvent se trouver à volonté dans le voisinage et au- dessous de la face inférieure de la dalle-porteuse de la batterie, où bien elles peuvent être incorporées à cette dal- le même.
Chaque tuyauterie principale est munie de trous
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latéraux espacés, généralement un pour chaque carneau de chauffage qui, par ce moyen,est alimenté en fluide combus- tible.
Par le moyen de conduits allant aux tuyères infé- rieures et qui se prolongent vers le haut à travers la ma- çonnerie des parois des récupérateurs de la batterie, con- duits prévus séparément pour chaque carneau de chauffage d'une paroi de chauffage, du.gaz combustible fourni par les trous latéraux des tuyauteries principales est conduit dans les parties inférieures des carneaux de chauffage, où il est brûlé avec de l'air préalablement chauffé en récu- pérateur et conduit dans les carneaux de chauffage en partant de ces récupérateurs de la batterie. Des tuyauteries conve- nables relient les tuyères inférieures avec les trous ména- gés dans les tuyauteries principales.
Afin que chaque carneau de chauffage d'une paroi de chauffage puisse être alimenté en gaz combustible à une vitesse déterminée par la position dans une paroi de ohauf- fage, pour maintenir une température relativement uniforme dans les parois de chauffage du coté du chariot-poussoir en direotion du côté de la sortie du coke, des dispositifs interchangeables et régulateurs du courant gazeux sont généralement disposés dans une position accessible, soit dans les tuyauteries de liaison, soit dans les conduits montants des tuyères inférieures mêmes. Ces dispositifs régulateurs fonctionnent pour réduire la section transver- sale effective pour le passage du fluide combustible aux points ou: ils sont prévus d'une manière r,emplaçable.
Jusque présent, ces dispositifs régulateurs du courant gazeux étaient entièrement métalliques et entraî- naient des inconvénients dûs à la nature corrosive des gaz combustibles, aux températures élevées auxquelles ils peu- vent fréquemment être soumis et qui dépendent de l'emplaoe- ment particulier dans le corps de.la batterie,inconvénients également dus à la nature acide de produits de combustion qui arrivent généralement en contact avec ces dispositifs régulateurs du courant gazeur dans tous les types de fours à coke à tuyères inférieures qui comportent les perfectionne- ments spécifiés par leitbrevet antérieur.
Un des objets de la présente invention consiste donc à prévoir des systèmes de distribution pour le fluide combustible avec des dispositifs régulateurs perfectionnés du courant gazeux, d'une fabrication relativement peu coûteu- se, qui se laissent facilement remplacer dans ces systèmes et possèdent une résistance élevée aux températures élevées qui se présentent dans les fours à coke, et à l'action oorro- sive du fluide combustible distribué et des produits de com- bustion.
Un autre objet de l'invention est d'employer pour le but indiqué une composition non métallique f acile à trouver et qui se prête d'une manière simple à la fabrication de dis- positifs régulateurs munis d'orifices exactement calibrés dans une limite de 1 ou 2 % de la section prédéterminée par une position donnée de ces dispositifs dans le système distribu- teur.
D'autres objets de l'invention sont constitués par d'autres perfectionnements et d'autres avantages de fonction- @
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nement ou résultats tels qu'on peut les obtenir, par les procédés ou appareils qui seront décrits ci-après.
Suivant la présente invention, ces dispositifs régulateurs,qui sont montés d'une manière remplaçeble dans les tuyauteries par lesquelles, dans les fours à coke à tuyères inférieures, le fluide combustible est amené en quantités dosées des tuyauteries principales dans les conduits de la maçonnerie pour une introduction éventuelle dans les zônes de combustion des cerneaux de chauffage, sont constitués sous la forme d'un corps céramique calibré de faible porosité, hautement réfractaire aux températures élevées et résistant aux gaz acides, tels que l'acide sul- fureux, le sulfure d'hydrogène et similaire. Ces corps . céramiques sont de préférence des produits moulés qui ont été chauffés à une température suffisamment élevée pour les munir d'un liant plutôt céramique que hydraulique ou méca- nique.
Ils peuvent être munis d'une surface vitrifiée, quoique celle-ci ne soit pas nécessaire à leur emploi effi- cace avec des pressions relativement faibles, qinsi qu'il est démontré par une composition décrite ci-après, qui a été trouvée très satisfaisante pour le but envisagé. De préférence, ces corps céramiques sont supportés séparément dans un bouchon ou un manchon métallique, dont le filetage extérieur est d'une dimension et d'un pas tels qu'il*puis- sent être ajustés d'une manière remplaçable dans une portion filetée d'une manière correspondante des parois internes desdites tuyauteries qui, pour l'établissement du courant gazeux, relient les tuyauteries principales de distribution du fluide combustible et les conduits correspondants de la maçonnerie du corps des fours à coke.
Ces corps céramiques sont de préférence eux-mêmes disposés d'une manière amovi- ble sur ou dans le bouchon ou le manchon métallique par l'intermédiaire d'une matière d'étanchéité ou d'un ciment convenables, ces éléments comportant également, dans cer- taines réalisations, une rondelle filetée portant un épaule- ment du corps céramique, en contact sous pression avec un épaulement correspondant ménagé sur la surface inférieure du bouchon ou du manchon fileté.
Ainsi qu'il a été spétifié, le fonctionnement des appareils régulateurs du fluide combustible est calibré pour limiter-la section transversale effective de chacune des communications de tuyauterie disponible pour le passage du fluide combustible. Ils peuvent être constitués par des obturateurs agencés pour faire passer les gaz tout autour d'eux à travers un orifice annulaire dans les tuyauteries de liaison, ou ils peuvent être munis d'ouvertures centrales à travers lesquelles les gaz passent sous la forme de cou- rant ou de jets d'une section transversale plus faible que celle desdites tuyauteries de liaison. Tout'dispositif régu- lateur peut être avantageusement construit solvant les caraco téristiques du présent perfectionnement.
La présente invention s'étend également au fait (qui dépend de l'emplacement spécifique prévu pour l'emploi dans le système distributeur du fluide combustible) de donner aux parties céramiques des régulateurs la forme de disques plats munis d'une ouverture centrale qui sont scellés dans un élément porteur métallique muni d'un filetage extérieur pour la disposition amovible dans la tuyauterie du système distributeur.
Dans les cas où il est préférable ou nécessaire pour produire un effet spécial de chauffage, de prévoir la
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sortie du régulateur de distribution dans une maçonnerie voisine du four à coke qui se trouve à une température relativement élevée, les parties céramiques des dispositifs régulateurs peuvent etre constituée* par des éléments très allongés en forme de tuyère, dont les orifices cali- brés, lorsqu'ils se trouvent en position de fonctionnement, sont situés à un niveau relativement élevé dans la maçon- nerie du four à coke, tandis que la partie métallique file- tée de ce dispositif est disposée à un niveau plus bas et plus froid du four à coke, ou de la tuyauteire de liaison précédemment indiquée, où la partie métallique est moins exposée aux conditions thermiques.
L'acier laminé à froid (SAEX-1112) s'est montré pratiquement satisfaisant pour la fabrication de ces parties métalliques mais, bien enten- du, si on le préfère, ces parties peuvent également être fabriquées avec des alliages résistants, mais relativement coûteux. Un tel dispositif régulateur allongé a été repré- senté sur le dessin annexé.
Il est également possible de munir les corps céramiques des nouveaux dispositifs régulateurs allongés d'une embase filetée extérieurement, par lequelle ils peu- vent être vissés dans un manchon-porteur pour être portée par ce dernier ainsi que le montre le dessin annexé qui représente une réalisation de l'invention. Mais, cette dis- position a été trouvée pratiquement moins avantageuse que cette autre disposition dans laquelle le corps céramique est fixé sur la paroi interne d'un manchon par la simple pression d'un organe métallique qui est lui-même muni d'un filetage de serrage.
Inexpérience a montré qu'un corps céramique en porcelaine du type employé en électrotechnique vonvient particulièrement au but envisagé. Les corps céramiques de ce type peuvent être formés très simplement dans une presse à pilon ou à séchage avec un minimum de perte. Les corps bruts pilonnés ou moulés peuvent être ensuite chauffés pour être munis d'orifices exactement oalibrés jusqu'à environ 1 OU % 5 de la section transversale calculée pour fournir un débit donné de fluide combustible à un carneau de chauf- fage le long d'une paroi de chauffage de four à.coke, si l'on tient compte du retrait du corps pendant le chauffage.
Une composition particulièrement satisfaisante pour la fabri- cation des corps céramiques est celle qui contient environ 55% d'argile, 27,5% de talc, 14% de silice non combinée et 3,5% de chaux. Une faible quantité d'eau ajoutée à cette matière oéramique facilite le moulage du corps céramique.
Le dessin annexé montre à titre d'exemple une réalisation préférée de l'appareil et du procédé suivant l'in- vention mais il est bien entendu que l'invention ne se limi- te pas à cet exemple représenté.
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La figure 1 montre" schématiquement une coupe ver- ticale et longitudinale d'une batterie du type Becker bien connu, comportant des fours à coke à tuyères inférieures qui comporte également les caractéristiques indiquées dans ledit brevet antérieur, pour mélanger le fluide combustible, avant l'introduction dans les oarneaux à feu, avec des produits de combustion provenant de carneaux correspondants à produits de combustion de la batterie. Cette batterie possède également les caractéristiques suivant la présente invention.
La figure 8 est une coupe verticale transversale suivant la ligne 11-11 de la figure 1.
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La figure 3 est une vue à plus grande échelle d'une fraction de la figure 1, et montrant avec plus de détails le perfectionnement suivant la présente invention.
La figure 4 est une vue à plus grande éohelle d'une réalisation du présent perfectionnement dans des dispositifs régulateurs pour le dosage de quantités déter- minées d'un fluide combustible dans le conduit de circula- tion de systèmes de chauffage par tuyères inférieures.
La figure 5 montre une autre réalisation préfé- rée pour la mise en oeuvre du présent perfectionnement aux dispositifs régulateurs du fluide combustible pour fours à coke à tuyères inférieures.
La figure 6 est une élévation d'un appareil convenant à l'enlèvement de la batterie d'un 'dispositif régulateur suivant l'invention et pour son remplacement par un autre.
La figure 7 est une vue en perspective è plus grande échelle d'une partie de la figure 6.
Les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes éléments sur toutes les figures du dessin.
D'après le dessin, en particulier d'après les figures 1 et 2, la batterie représentée comprend des criam- bres de cokéfaction 10 qui, dans le sens de la longueur de la batterie, alternent avec des parois de chauffage 11.
Dans les parois de chauffage 11 sont ménagés plusieurs car- neaux de chauffage 12, disposés verticalement qui, pour permettre la circulation des gaz, sont reliés en groupe avec un groupe correspondant ménagé dans une paroi de chauf- fage voisine, et ce par l'intermédiaire d'un conduit tfans- versal 13 passant par dessus la chambre de cokéfaction in- terposée, de la manière bien oonnue dans les fours à coke du type Becker.
Chaque oarneau de chauffage est séparément relié, par son extrémité inférieure, avec un grand et un petit récupérateur, respectivement désignés par 14, 15 qui s'ai- longent transversalement d'un o8té sur l'autre de la bat- terie, et ce par l'intermédiaire de conduits 16, 17, qui sont disposés dans les parties supérieures des récupérateurs.,
Ces récupérateurs servent tous les deux au chauffage préala- ble de l'air de combustion dans les cas où le four ä coke correspondant fonctionne comme "four à coke" proprement dit, et ce chauffage préalable a lieu avant l'introduction de cet air dans les cerneaux de chauffage pour la combustion.
Lorsque ce four à coke doit fonctionner comme "gazogène", un gaz pauvre est préalablement chauffé dans le grand récu- pérateur 14 pendant la période du cycle de chauffage à récupération, où les cerneaux de chauffage disposés directe- ment au-dessus fonctionnent en carneaux à feu, et l'air de combustion pour ce gaz pauvre est alors préalablement chauf- fé dans le petit récupérateur voisin 15.
Les produits de combustion provenant d'un groupe de carneaux à feu d'une paroi de chauffage passent par-dessus la ohambre de coké- faction voisine par le conduit transversal 13 et, après avoir traversé un groupe correspondant de carneaux 12 des- tiné aux produits de combustion dans la paroi de chauffage voisine, ces produite passent dans un carneau de chaleur perdue en traversant successivement l'un ou l'autre d'une
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paire de récupérateurs 14,15 ainsi que le canal 18 ménagé dans le fond.
En conséquence, pendant un cycle de chauffage à récupération dans le four à coke représenté, tous.les carneaux de chauffage d'un groupe d'une paroi de chauffage fonctionnent en carneaux à feu et en carneaux à produits de combustion en alternance avec un groupe correspondant de carneaux de chauffage prévus dans une paroi de chauffage voisine, qui se trouve en communication avec les carneaux précédents par un conduit transversal 13, et les récupéra- teurs correspondants 14,15 fonctionnent alors également alternativement pour chauffer préalablement un fluide com- bustible pu pour évacuer les produits de combustion bors du système de chauffage de la batterie.
Le gaz combustible riche, non préalablement chauf. fé en récupérateur, et employé pour être brûlé dans les carneaux de chauffage lorsque le four à coke représenté doit fonctionner en "four à ooke" proprement dit, est four- ni aux carneaux de chauffage par une conduite principale
19, destinée à l'ansemble de la batterie. Partant de cette conduite principale 19, le gaz combustible riche est intro- duit dans un tube montant 20, par des obturateurs 21, d'où ce,gaz passe ensuite dans le conduit principal des parois
22, qui est prévu pour chaque paroi de chauffage de la bat- terie.
Ces conduits 22 s'allongent transversalement par rapport à la batterie et sensiblement en parallèle avec la paroi de chauffage qui se trouve placée au-dessus, et cha- que carneau de chauffage de cette paroi de chauffage est séparément relié au conduit principal par l'intermédiaire d'un conduit de tuyère inférieure 23, ménagé dans la maçon- nerie d'une cloison de récupérateur, et s'étend de son orifice dans la partie inférieure d'un carneau de chauffage vers le bas jusqu'à la surface inférieure du béton de la dalle 24 portant la batterie. A son extrémité inférieure, chacun de ces conduits de tuyères inférieures 23 communique par l'intermédiaire de tuyauteries convenables avec un orifice latéral ménagé dans le conduit principal de paroi 22.
Les conduits de tuyères inférieures 23 pour les deux parois de chauffage voisines, qui sont reliées l'une à l'autre par les mêmes conduits transversaux 13, sont séparé- ment reliés, près de leurs extrémités inférieures, avec le conduit de tuyères.intérieures d'un carneau de chauffage correspondant; ménagé dans ladite paroi de chauffage voisi- ne, et ce par un conduit horizontal 25 qui se prolonge longitudinalement dans la batterie et qui est ménagé dans la maçonnerie même.
Les tuyauteries, par lesquelles les conduits 23 des tuyères inférieures oommuniquent séparément avec les conduits principaux 22, comprennent un dispositif ooudé avec un racoord en croix 26, dont une branche est reliée par un oourt tuyau 27 directement à un conduit principal, tandis que la branche voisine communique avec un tuyau vertical 28 qui est en fait le prolongement inférieur de chaque conduit de tuyère inférieure au-dessous de la maçonnerie de la bat- terie et qui prolonge lui-même ledit conduit à travers la dalle de la batterie. Ainsi que le montre clairement la figure 3, l'extrémité supérieure du tuyau 28 est engagée dans un bloc métallique 29 mugi d'un filetage correspondant et qui repose sur la face supérieure de la dalle 24 de la batterie et peut se déplacer,en glissant sur cette dalle.
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Le bloc 29 s'ajuste dans un évidement de la maçonnerie de la batterie. Chaque tuyau 28 se prolonge verticalement à travers un canal 30 ménagé dans la dalle 24 et ce con- duit est conformé et a une section transversale suffisam- ment plus grande que celle du tuyau pour permettre sans déformation tout déplacement relatif du tuyau 28 par rap- port à la dalle, déplacement résultant d'une dilatation différentielle entre ce tuyau et la maçonnerie.
Le bloc métallique 29 étant maintenu dans la maçonnerie du four à coke, il se déplace en même temps que cette maçonnerie lors des dilatations et des contractions., et ce indépendam- ment de la dalle A l'aide de la disposition représentée, un conduit 23 de tuyère inférieure est ainsi simplement maintenu en alignement avec le conduit 28
Le dispositif régulateur 31 suivant l'invention pour le courant du fluide combustible est clairement repré- senté par la figure 3 et, à,plus grande échelle, par les figures 4 et 5. Ces deux dernières figures montrent des va- riantes du perfectionnement.
Dans la forme représentée par le dessin, le dispositif régulateur du courant est conformé en tuyère et comporte deux parties principales, c'est-à- dire un tube creux allongé en céramique percé d'un canal calibré 33 dans son extrémité supérieure, pour le passage du fluide combustible, et un élément 34 en forme de manchon métallique. Dans la variante que montre la figure 4, le tube. céramique 32 allongé est muni à son extrémité inférieu- re d'un filetage qui permet de le visser suffisamment dans un filetage correspondant ménagé sur la paroi intérieure de l'élément 34 en forme de manohon, de façon que les deux éléments soient solidement réunis.
Le dispositif régulateur métallo-céramique ainsi assemblé est fixé d'une manière amovible dans la position de fonctionnement dans le système distributeur du fluide combustible pour la paroi de chauf- fage du four à coke, et ce par l'intermédiaire d'une portion filetée, prévue sur la paroi extérieure du manchon métal- lique 34 qui, sur sa partie filetée extérieure, peut rece- voir un évidement également fileté ménagé dans un disque métallique 45, soudé d'une manière étanche dans l'extrémité supérieure du conduit 28 La mise en place et le remplace- ment du dispositif régulateur suivant l'invention peuvent ..être exécutés facilement et simplement par l'enlèvement du bouchon inférieur 35 du raccord en croix 26 et par introduc- tion dans le conduit 28 du vilebrequin 36 (figure 6)
ayant une nervure 37 en forme de tourne-vis qui peut être introdui te dans une encoche 38 ménagée dans l'extrémité inférieure du manchon 34 du dispositif régulateur. Suivant le sens de rotation du vilebrequin, le dispositif régulateur dans l'encoche duquel est engagée la nervure du vilebrequin, peut être vissé en position dans le disque métallique 45 ou dévis- sé pour l'enlèvement ou le remplacement. Une rondelle d'étan- ohéité 39 ménage un joint entre les éléments 45 et 34 de sorte qu'un fluide combustible contenu sous pression dans le conduit 28, ne peut pas contourner l'orifice calibré 33 du dispositif régulateur 31, pour arriver dans le conduit 23 des tuyères inférieures en quantités non dosées.
La variante du présent perfectionnement que montre la figure 5 ressemble à la variante précédemment décrite en référence à la figure 4. Mais, dans la orme représentée par la figure 5, l'élément en oéramique 40 est accouplé au man- ohon 41 par pression oontre les parois intérieures, pression produite par un anneau métallique 42 muni d'un filetage exté- rieur et vissé dans un filetage correspondant ménagé sur la
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paroi intérieure de l'élément 41. L'anneau 42 peut être mis en rotation dans l'élément 41 à l'aide d'un outil qui peut s'engager dans des trous espacés 43 de cet anneau.
Afin que l'élément en céramique 40 soit appliqué herméti- quement contre l'élément 41, les parois extérieure et inté- rieure respectivement de.l'anneau et de l'élément 41 sont munies de surfaces périphériques inclinées ou épaulements, qiu peuvent être pressés l'un contre l'autre par le vissage de l'anneau 42. Une couche 44 en matière d'étanchéité réfractaire, telle que l'amiante graphitée ou un ciment inséré entre les surfaces inclinées contribue à l'établis- sement d'un joint étanche/ Dans la fabrication, il faut tenir compte des différences des coefficients de dilatation des éléments 40, 41 aux températures auxquelles ils sont soumis pendant le fonctionnement du four à coke, car autre- ment, l'élément en céramique peut éclater sous l'action de la ailatation de son support métallique.
Pour la protection de l'élément métallique 40, il est également possible de lui permettre des mouvements limités par rapport aux élé- ments 41,42, par exemple en aisposant entre la surface inférieure de l'élément 40 et la surface supérieure dé l'anneau 42 un élément élastique tel que, par exemple, une rondelle de blocage.
Dans l'application de l'invention que montrent les figures 1 et @ du dessin, le nouveau dispositif régula- teur du courant de fluide combustible est employé pour l'in- troduction d'un gaz de chauffage riche dans les conauits des tuyères inférieures des carneaux à feu, un dispositif de ce genre étant prévu pour carneau de chauffage du four à coke. Le gaz de chauffage riche passe dans ces dispositifs en partant du conduit principal 22, dans lequel le gaz est contenu sous une pression supérieure à la pression atmos- phérique.
De là, le gaz de chauffage passe par un orifice calibré 33 de chaque dispositif régulateur, sous forme d'un jet qui entraîne un courant de produits de combustion des- cendant d'un carneau à produits de combustion, qui se trouve en commumbation par son extrémité supérieure avec le carneau à feu par un conduit transversal 13. Le courant des produits de combustion passe ensuite par le conduit 23 des tuyères inférieures dudit carneau à produits de combustion et dans le conduit 35, et les produits de combustion sont alors aspirés pour se mélanger aveo le jeu de gaz riche pendant que ce mélange monte dans le conduit des tuyères inférieures des carneaux à feu.
Cette disposition réduit avantageusement le pouvoir calorifique par unité de volume du gaz de chauf- fage introduit dans la partie inférieure du carneau à feu, par rapport au pouvoir calorifique qui pourrait être obtenu autrement, et elle améliore les caractéristiques de combus- tion pour le chauffage du four à coke, ainsi qu'il a été spécifié dans ledit brevet antérieur. Les produits de combus- tion qui circulent dans le conduit 25 se trouvent à une tem= pérature élevée, leur humidité relative est également élevée et ils contiennent des gaz soldes qui corrodent de nombreux métaux.
Grâce àu dispositif de tuyère perfectionné suivant l'invention, les produits de combustion en circulation n'ar- rivent presque en contact qu'avec la matière céramique (fi- gure 3) qui est réfractaire aux températures élevées et aux gaz acides. Les orifices calibrés 33 des dispositifs régula- teurs du courant ont donc une résistance élevée à la chaleur et à la corrosion et la forme des trous calibrés reste immua- ble pendant des périodes très longues de fonctionnement des fours à .coke.
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Avantageusement, kes parties céramiques des dispositifs régulateurs pour l'application particulière précédemment indiquée ont une forme de tube allongé qui permet de placer le support métallique de ce dispositif en un point dans le système de distribution du fluide combustible, qui se/trouve à une température relativement plus faible, et les risques de complications par corrosion sont alors bien moindres qu'en un autre.:point du four à coke, où le dispositif de tuyère doit être prévu pour fonc- tionner.
Dans la desoription qui précède, il a été insis- té sur 1',utilité du présent perfectionnement pour la dis- tribution convenable d'un gaz combustible dans les carneaux de chauffage d'un four à coke. Mais l'invention peut égale- ment être appliquée à la distribution de tout fluide com- bustible, par exemple pour l'air venant des conduites principales et qui doit être distribué aux différentes par- ties, par exemple le récupérateur d'un système de chauffage de four;
étant donné qu'il est bien connu dans la technique que les tuyauteries de distribution d'un fluide de combus- tion, qui communique avec des systèmes de chauffage d'un four en plusieurs points espacés d'une paroi de chauffage correspondante, peut conduire un courant de produits de combustion corrosifs, circulant par suite de la différence de la pression statique qui se produit en ces points espa- cés pendant la période de sortie du fluide de combustion, et qui est déterminée par la distance entre ces points et les sorties des oanaux de sole des réoupérateurs.
Sans s'écarter du principe de l'invention, on peut imaginer des variantes et modifications de la réalisa- tion préoédemment décrite.
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Improvements to lower-nozzle coke ovens.
The present invention relates to improvements to apparatus for the distribution of combustion fluids in the heating flues of coke ovens with lower nozzles and, more, in particular, in the heating flues of coke ovens which are provided with the improvement described in US Pat. No. 2,036,678, issued December 29, 1942 in the name of Van Ackeren, according to which combustion products are circulated through the body of the coke oven, starting from heating flues which contain them, mixed with heating gases before the introduction of the latter 'into the corresponding fire flues of the coke oven, in order to reduce the calorific value per unit volume of these heating gases and to improve the combustion characteristics of these gases for heating the furnace.
In coke ovens which employ the principle of heating by lower nozzles, the heating gases and, in certain embodiments of coke ovens, even the combustion air, are distributed to the heating flues by main pipes of walls which s 'generally extend transversely into the battery substantially in parallel with the heating walls of the coke ovens which are disposed above. These main pipes are housed in the lower part of the battery and can be found at will in the vicinity and below the underside of the battery bearing slab, where they can be incorporated into this dal- the same.
Each main pipe has holes
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spaced sides, generally one for each heating flue which by this means is supplied with combustible fluid.
By means of conduits going to the lower nozzles and which extend upwards through the masonry of the walls of the coil recuperators, conduits provided separately for each heating flue of a heating wall, from the . combustible gas supplied by the side holes of the main pipes is led into the lower parts of the heating flues, where it is burned with air previously heated in a recuperator and carried into the heating flues starting from these recuperators of battery. Suitable pipes connect the lower nozzles with the holes made in the main pipes.
So that each heating flue of a heating wall can be supplied with combustible gas at a rate determined by the position in a heating wall, to maintain a relatively uniform temperature in the heating walls on the side of the push carriage in direotion on the side of the coke outlet, interchangeable devices and regulators of the gas flow are generally arranged in an accessible position, either in the connecting pipes or in the rising ducts of the lower nozzles themselves. These regulating devices function to reduce the effective cross section for the passage of the combustible fluid at the points where they are provided in a replaceable manner.
Until now, these gas flow regulators have been entirely metallic and have had drawbacks due to the corrosive nature of the combustible gases, the high temperatures to which they can frequently be subjected and which depend on the particular location in the gas. battery body, drawbacks also due to the acidic nature of combustion products which generally come into contact with these gas flow regulating devices in all types of lower-nozzle coke ovens which have the improvements specified by the previous patent .
One of the objects of the present invention therefore consists in providing distribution systems for the combustible fluid with improved regulating devices of the gas flow, of relatively inexpensive manufacture, which can easily be replaced in these systems and have a resistance. high to the high temperatures found in coke ovens, and to the oorro- sive action of the dispensed fuel fluid and combustion products.
Another object of the invention is to use for the indicated purpose a non-metallic composition which is easy to find and which lends itself in a simple manner to the manufacture of regulating devices provided with orifices which are exactly calibrated within a limit of 1 or 2% of the section predetermined by a given position of these devices in the distribution system.
Other objects of the invention are constituted by other improvements and other functional advantages.
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nement or results as can be obtained, by the methods or apparatus which will be described below.
According to the present invention, these regulating devices, which are mounted in a replaceable manner in the pipes by which, in the lower nozzle coke ovens, the combustible fluid is supplied in metered quantities from the main pipes into the masonry ducts for possible introduction into the combustion zones of the heating rings, are made in the form of a calibrated ceramic body of low porosity, highly refractory to high temperatures and resistant to acid gases, such as sulfurous acid, sulphide hydrogen and the like. These bodies. Ceramics are preferably molded products which have been heated to a temperature high enough to provide them with a binder rather ceramic than hydraulic or mechanical.
They can be provided with a glazed surface, although this is not necessary for their effective use at relatively low pressures, as is demonstrated by a composition described below, which has been found to be very satisfactory. for the intended purpose. Preferably, these ceramic bodies are separately supported in a metal plug or sleeve, the external thread of which is of such a size and pitch that it can be fitted in a replaceable manner in a threaded portion. in a corresponding manner of the internal walls of said pipes which, for the establishment of the gas stream, connect the main pipes for the distribution of the combustible fluid and the corresponding pipes of the masonry of the body of the coke ovens.
These ceramic bodies are preferably themselves removably disposed on or in the metal plug or sleeve by means of a suitable sealing material or cement, these elements also comprising, in some embodiments, a threaded washer carrying a shoulder of the ceramic body, in contact under pressure with a corresponding shoulder formed on the lower surface of the plug or of the threaded sleeve.
As has been specified, the operation of the combustible fluid regulating apparatus is calibrated to limit the effective cross section of each of the piping connections available for the passage of the combustible fluid. They can be constituted by shutters arranged to pass the gases all around them through an annular orifice in the connecting pipes, or they can be provided with central openings through which the gases pass in the form of couplings. rant or jets of a smaller cross section than that of said connecting pipes. Any regulating device can be advantageously constructed solvent the characteristics of the present improvement.
The present invention also extends to the fact (which depends on the specific location intended for use in the fuel fluid dispensing system) of giving the ceramic parts of the regulators the form of flat discs with a central opening which are sealed in a metal support member with external thread for removable arrangement in the piping of the dispensing system.
In cases where it is preferable or necessary to produce a special heating effect, provide the
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outlet of the distribution regulator in a masonry adjacent to the coke oven which is at a relatively high temperature, the ceramic parts of the regulating devices can be formed * by very elongated nozzle-shaped elements, the orifices of which are calibrated, when 'they are in the operating position, are located at a relatively high level in the masonry of the coke oven, while the threaded metal part of this device is located at a lower and cooler level of the oven. coke, or the previously indicated connecting pipe, where the metal part is less exposed to thermal conditions.
Cold rolled steel (SAEX-1112) has been shown to be practically satisfactory for the manufacture of these metal parts but, of course, if preferred, these parts can also be made from strong but relatively expensive alloys. . Such an elongated regulating device has been shown in the accompanying drawing.
It is also possible to provide the ceramic bodies of the new elongated regulating devices with an externally threaded base, by which they can be screwed into a carrier sleeve to be worn by the latter as shown in the accompanying drawing which shows a realization of the invention. However, this arrangement has been found to be practically less advantageous than this other arrangement in which the ceramic body is fixed to the internal wall of a sleeve by the simple pressure of a metal member which is itself provided with a thread. Clamping.
Inexperience has shown that a porcelain ceramic body of the type used in electrical engineering is particularly suitable for the intended purpose. Ceramic bodies of this type can be formed very simply in a tamping or drying press with minimal waste. The rough pounded or molded bodies can then be heated to have exactly sized orifices up to about 1 OR% of the cross section calculated to provide a given flow rate of combustible fluid to a heating flue along it. a coke oven heating wall, allowing for shrinkage of the body during heating.
A particularly satisfactory composition for the manufacture of ceramic bodies is that which contains about 55% clay, 27.5% talc, 14% uncombined silica and 3.5% lime. A small amount of water added to this ceramic material facilitates the molding of the ceramic body.
The accompanying drawing shows by way of example a preferred embodiment of the apparatus and the method according to the invention, but it is understood that the invention is not limited to this illustrated example.
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Figure 1 shows "schematically a vertical and longitudinal section of a battery of the well known Becker type, comprising coke ovens with lower nozzles which also has the characteristics indicated in said prior patent, for mixing the combustible fluid, before introduction into the fire rings, with combustion products coming from flues corresponding to combustion products of the battery This battery also has the characteristics according to the present invention.
Figure 8 is a vertical cross section taken on line 11-11 of Figure 1.
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Figure 3 is a view on a larger scale of a fraction of Figure 1, and showing in more detail the improvement according to the present invention.
FIG. 4 is a view on a larger scale of an embodiment of the present improvement in regulating devices for the metering of determined quantities of a combustible fluid in the circulation duct of heating systems by lower nozzles.
FIG. 5 shows another preferred embodiment for implementing the present improvement in fuel fluid regulating devices for lower-nozzle coke ovens.
Figure 6 is an elevational view of an apparatus suitable for removing the battery from a regulator device according to the invention and replacing it with another.
Figure 7 is an enlarged perspective view of part of Figure 6.
Like reference numerals denote like elements in all figures of the drawing.
According to the drawing, in particular according to Figures 1 and 2, the battery shown comprises coking screens 10 which, in the length direction of the battery, alternate with heating walls 11.
In the heating walls 11 are formed several heating ducts 12, arranged vertically which, in order to allow the circulation of the gases, are connected in group with a corresponding group formed in an adjacent heating wall, and this by the intermediate a transverse duct 13 passing over the interposed coking chamber, as is well known in coke ovens of the Becker type.
Each heating coil is separately connected, by its lower end, with a large and a small recuperator, respectively designated by 14, 15 which extend transversely from one side to the other of the battery, and this via conduits 16, 17, which are arranged in the upper parts of the recuperators.,
These recuperators both serve for the preheating of the combustion air in cases where the corresponding coke oven functions as a "coke oven" proper, and this preheating takes place before the introduction of this air into the coke oven. heating kernels for combustion.
When this coke oven is to operate as a "gasifier", a lean gas is preheated in the large recuperator 14 during the period of the recovery heating cycle, where the heating kernels arranged directly above operate as flues. ignition, and the combustion air for this lean gas is then preheated in the small neighboring recuperator 15.
The products of combustion from a group of fire flues from a heating wall pass over the adjacent coking chamber through the transverse duct 13 and, after passing through a corresponding group of flues 12 intended for the combustion products in the neighboring heating wall, these products pass into a waste heat flue by successively passing through one or the other of a
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pair of recuperators 14,15 as well as the channel 18 provided in the bottom.
Accordingly, during a recuperative heating cycle in the illustrated coke oven, all of the heating flues in a group of a heater wall operate as fire flues and combustion product flues alternating with one group. corresponding heating flues provided in a neighboring heating wall, which is in communication with the previous flues via a transverse duct 13, and the corresponding recuperators 14,15 then also operate alternately to preheat a combustible fluid pu to evacuate combustion products from the coil heating system.
The rich fuel gas, not previously heated. fé as a recuperator, and used to be burned in the heating flues when the coke oven shown is to operate as an "ooke oven" proper, is supplied to the heating flues by a main pipe
19, intended for the battery assembly. Starting from this main pipe 19, the rich fuel gas is introduced into a rising tube 20, through shutters 21, from which this gas then passes into the main pipe of the walls.
22, which is provided for each heating wall of the battery.
These conduits 22 extend transversely with respect to the battery and substantially in parallel with the heating wall which is placed above, and each heating duct of this heating wall is separately connected to the main duct by the. intermediate of a lower nozzle duct 23, formed in the masonry of a recuperator partition, and extends from its orifice in the lower part of a heating flue downwards to the lower surface of the concrete slab 24 carrying the battery. At its lower end, each of these lower nozzle ducts 23 communicates via suitable pipes with a lateral orifice formed in the main wall duct 22.
The lower nozzle ducts 23 for the two neighboring heating walls, which are connected to each other by the same transverse ducts 13, are separately connected, near their lower ends, with the internal nozzle duct. a corresponding heating flue; formed in said neighboring heating wall, and this by a horizontal duct 25 which extends longitudinally into the battery and which is formed in the masonry itself.
The pipes, through which the ducts 23 of the lower nozzles communicate separately with the main ducts 22, comprise an elbow device with a cross connection 26, one branch of which is connected by a pipe 27 directly to a main duct, while the branch adjacent one communicates with a vertical pipe 28 which is in fact the lower extension of each lower nozzle duct below the masonry of the battery and which itself extends said duct through the slab of the battery. As clearly shown in Figure 3, the upper end of the pipe 28 is engaged in a metal block 29 mugi with a corresponding thread and which rests on the upper face of the slab 24 of the battery and can move, by sliding on this slab.
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Block 29 fits into a recess in the battery masonry. Each pipe 28 extends vertically through a channel 30 formed in the slab 24 and this pipe is shaped and has a cross-section sufficiently larger than that of the pipe to allow, without deformation, any relative displacement of the pipe 28 with respect to it. port to the slab, displacement resulting from differential expansion between this pipe and the masonry.
The metal block 29 being held in the masonry of the coke oven, it moves at the same time as this masonry during expansions and contractions., And this independently of the slab With the aid of the arrangement shown, a duct 23 of the lower nozzle is thus simply kept in alignment with the duct 28
The regulating device 31 according to the invention for the flow of the combustible fluid is clearly represented by FIG. 3 and, on a larger scale, by FIGS. 4 and 5. These last two figures show variations of the improvement.
In the form shown in the drawing, the current regulator device is designed as a nozzle and has two main parts, that is to say an elongated hollow ceramic tube pierced with a calibrated channel 33 in its upper end, for the passage of the combustible fluid, and an element 34 in the form of a metal sleeve. In the variant shown in Figure 4, the tube. The elongated ceramic 32 is provided at its lower end with a thread which enables it to be screwed sufficiently into a corresponding thread provided on the inner wall of the manohon-shaped element 34, so that the two elements are firmly united.
The metallo-ceramic regulator device thus assembled is fixed in a removable manner in the operating position in the fuel fluid distributor system for the heating wall of the coke oven, and this by means of a threaded portion. , provided on the outer wall of the metal sleeve 34 which, on its outer threaded part, can receive a recess also threaded formed in a metal disc 45, welded in a sealed manner in the upper end of the duct 28 La installation and replacement of the regulating device according to the invention can ..be carried out easily and simply by removing the lower plug 35 from the cross connector 26 and by inserting the crankshaft 36 into the duct 28 (figure 6)
having a rib 37 in the form of a screwdriver which can be inserted into a notch 38 provided in the lower end of the sleeve 34 of the regulating device. Depending on the direction of rotation of the crankshaft, the regulator device in which the crankshaft rib is engaged can be screwed into position in the metal disc 45 or unscrewed for removal or replacement. A sealing washer 39 forms a seal between the elements 45 and 34 so that a combustible fluid contained under pressure in the conduit 28 cannot bypass the calibrated orifice 33 of the regulating device 31, to arrive in the. leads 23 of the lower nozzles in non-metered quantities.
The variant of the present improvement shown in FIG. 5 resembles the variant previously described with reference to FIG. 4. But, in the elm represented by FIG. 5, the ceramic element 40 is coupled to the man-ohon 41 by pressure against it. the internal walls, pressure produced by a metal ring 42 fitted with an external thread and screwed into a corresponding thread provided on the
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inner wall of element 41. Ring 42 can be rotated in element 41 with the aid of a tool which can engage in spaced holes 43 of this ring.
In order for the ceramic element 40 to be sealed against the element 41, the outer and inner walls of the ring and the element 41, respectively, are provided with inclined peripheral surfaces or shoulders, which may be. pressed together by the screwing of the ring 42. A layer 44 of refractory sealing material, such as graphite asbestos or a cement inserted between the inclined surfaces aids in the establishment of. a tight seal / In the manufacture, account must be taken of the differences in the coefficients of expansion of the elements 40, 41 at the temperatures to which they are subjected during the operation of the coke oven, since otherwise the ceramic element may burst under the action of the expansion of its metal support.
For the protection of the metal element 40, it is also possible to allow it limited movements with respect to the elements 41, 42, for example by placing between the lower surface of the element 40 and the upper surface of the element 40. ring 42 an elastic element such as, for example, a locking washer.
In the application of the invention shown in Figures 1 and @ of the drawing, the novel device for regulating the flow of combustible fluid is employed for the introduction of a rich heating gas into the ducts of the lower nozzles. fire flues, a device of this type being provided for the heating flue of the coke oven. Rich heating gas passes through these devices from the main duct 22, in which the gas is contained at a pressure greater than atmospheric pressure.
From there, the heating gas passes through a calibrated orifice 33 of each regulating device, in the form of a jet which entrains a stream of combustion products descending from a flue of combustion products, which is in commumbation by its upper end with the fire flue through a transverse duct 13. The flow of combustion products then passes through the duct 23 of the lower nozzles of said combustion product flue and into the duct 35, and the combustion products are then sucked in to mix with the rich gas set while this mixture rises in the duct of the lower nozzles of the flue gases.
This arrangement advantageously reduces the calorific value per unit volume of the heating gas introduced into the lower part of the fire flue, compared to the calorific value which could be obtained otherwise, and it improves the combustion characteristics for heating. coke oven, as was specified in said prior patent. The products of combustion flowing through line 25 are at high temperature, their relative humidity is also high, and they contain balance gases which corrode many metals.
Thanks to the improved nozzle arrangement according to the invention, the circulating combustion products almost only come into contact with the ceramic material (Figure 3) which is refractory to high temperatures and acid gases. The gauge orifices 33 of the current regulating devices therefore have a high resistance to heat and corrosion and the shape of the gauge holes remains immutable during very long periods of operation of the coke ovens.
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Advantageously, the ceramic parts of the regulating devices for the particular application indicated above have the shape of an elongated tube which makes it possible to place the metal support of this device at a point in the distribution system of the combustible fluid, which is / is at a temperature relatively lower, and the risks of complications by corrosion are then much less than at any other point in the coke oven, where the nozzle device must be provided to operate.
In the foregoing description, the utility of the present improvement has been emphasized for the proper distribution of a combustible gas in the heating flues of a coke oven. But the invention can also be applied to the distribution of any combustible fluid, for example for the air coming from the main pipes and which must be distributed to the different parts, for example the recuperator of a heating system. oven heating;
since it is well known in the art that the piping for distributing a combustion fluid, which communicates with heating systems of a furnace at several points spaced from a corresponding heating wall, can lead a current of corrosive combustion products, flowing as a result of the difference in static pressure which occurs at these spaced points during the period of the combustion fluid leaving, and which is determined by the distance between these points and the outlets of the solenoid channels of the re-fuelers.
Without departing from the principle of the invention, it is possible to imagine variants and modifications of the embodiment described above.