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Procédé de fabrication.de combustibles solides sans fumée.
La présente invention a pour objet un procédé de fabri- cation de combustibles solides sans fumées à partir de charbon ou de matières carbonifères semblables préalablement formées en bri- quettes ou en boulets de dimensions désirées.
Il existe deux procédés principaux pour la pyrogéna- tion de briquettes dans le but d'obtenir un produit sans fumée par élimination de tout liant et de tout ou partie des matières vo- latiles contenues dans le charbon. L'un de ces procédés comporte l'utilisation d'un four vertical dans lequel les briquettes sont soumises à un traitement de carbonisation, avec introduction d'air, mais, en pratique, ce procédé ne conduit pas à des résultats sa- tisfaisants à cause de la combustion inégale de la charge, en particulier à l'endroit des accès d'air à la cornue, ce qui fait qu'il est impossible de contrôler les conditions de carbonisation / dans la masse de la charge.En outre de ce que le produit obtenu
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est inacceptable sur le marohé libre,
il se produit une grande quantité de gaz à faible pouvoir calorifique aux dépens du rende- ment en matière solide. De plus le procédé ne se prête pas au fonctionnement en continu.
Suivant l'autre procédé mentionné ci-dessus, les bri- quettes sont traitées dans un four horizontal, chauffé extérieu- rement ou par admission de gaz chauds ; toutefois, si un tel four écarte les objections résultant de la détérioration du produit par le poids de la charge qui le surmonte, le rendement en bri- quettes n'a pu jusqu'à présent s'élever à un chiffre satisfai- sant.
Le procédé conforme à la présente invention pour la production de combustibles solides conformés à partir de char- bon ou de matériaux carbonifères analogues, consiste à traiter par la chaleur une couche de matériau préconformé, immobile par rapport à une sole fixe ou mobile dans un four sous les condi- tions suivantes : (a) La température de traitement doit être supérieure au point d'inflammation des matières volatiles les plus légères et doit tre choisie, eu égard à la durée du traitement, suivant la nature du matériau et la teneur désirée en matières volatiles dans le produit fini.
(b) L'air doit être admis en quantité contrôlée, suffi- sante pour assurer une combustion partielle des matières vola- tiles dégagées de la charge, mais insuffisante pour entrainer une combustion de la charge solide elle mme, le volume principal d'air requis pour assurer la combustion des matières volatiles étant introduit dans le four au dessus du niveau de la couche de combustible et, dans le cas d'une sole mobile, à l'entrée.
(c) La couche doit être suffisamment mince pour que
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l'air puisse avoir accès à toutes les briquettes et que chaque briquette soit entourée par les flammes de combustion des ma- tières volatiles qui s'en dégagent, ce qui entraine une éléva- tion rapide de sa température de peau et empêche ainsi toute condensation de goudrons ou agglomération des briquettes les unes avec les autres.
Dans la mise en oeuvre de l'invention, l'importance de la charge soumise au traitement à un instant donné ne doit pas dépasser une certaine proportion de la capacité volumétrique totale du four de façon que l'épaisseur de la couche de briquettes, qui sont chargées suivant une épaisseur uniforme ou sensiblement telle., soit faible par rapport à la profondeur du four. Si l'in- vention se prête particulièrement bien à l'utilisation en procé- dé continu à l'aide d'un four à sole mobile ou inclinée, elle peut aussi bien être appliquée en discontinu dans un four fixe.
Au commencement du traitement de carbonisation, il est nécessaire d'introduire une quantité de chaleur suffisante pour amorcer la carbonisation de la charge, jusqu'à ce que les gaz dégagés par le traitement soient en quantité suffisante pour engendrer, par leur combustion, la chaleur nécessaire à la cuis.. son de la charge entrante ou non traitée. On s'aperçoit que, en traitant les briquettes en couche relativement mince dans un four maintenu à une température supérieure à la température d'inflam- mation d'au moins les constituants les plus volatils dégagés de la charge par la chaleur, celle-ci étant de préférence produite par la combustion des dits constituants, il est possible de sur- monter les difficultés rencontrées dans les fours verticaux.
Dans ces conditions, il s'établit autour de chaque brie quettes une formation de calories, due à la combustion partielle des matières volatiles dégagées sous l'action de la haute tempé- @
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rature de flamme établie dans le four. En outre, le procédé est cumulatif, étant donné que, au fur et à mesure de la combustion des gaz combustibles, la température s'élève, contrairement au refroidissement qui se produit dans les autres procédés. Il se produit rapidement une pénétration de la chaleur vers l'intérieur de chaque briquette : ceci entraine la formation uniforme d'une peau ou croûte dure qui empèche la désagrégation du produit.
La température de flamme autour de chaque briquette et l'élévation ra] pide de la température de peau de celles ci empêche la condensa- tion du goudron et l'agglomération des briquettes les unes avec les autres. Il en résulte un rendement maximum en produits uni- fermement dimensionnés avec un minimum de fines.
La température du traitement de carbonisation auquel la charge est soumise est contrôlée par la quantité d'air admise.
La température normale optimum de la charge est de 600 0, mais on peut réaliser des températures plus élevées si l'on désire éliminer du produit, toutes les matières volatiles.
Il est bien entendu que la température à laquelle la cuisson est effectuée varie avec la catégorie de charbon utili- sée pour la préparation des briquettes et que, pour des charbons à haute teneur en matières volatiles (par exemple plus de 33 ), la température doit tre abaissée aux environs de 380 C. Une augmentation de la teneur en carbone fixe nécessite une tempé- rature de cuisson plus élevée, qui variera de 420 à 430 0 pour des charbons à 25-30 % de volatiles, tandis que dans le cas de l'anthracite, la température atteint 600 0.
L'invention est illustrée schématiquement dans le dessin annexé, dans son application à un four à grille mobile.
Dans oe dessin : fig 1 est une coupe verticale d'un four qui convient
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pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention ; fig 2 est une coupe horizontale correspondante ; fig 3 et 4 sont respectivement une vue de dessous et une coupe d'un élément de la grille.
Tel qu'il est représenté au dessin, l'appareillage comporte un four horizontal en briques dont le garnissage en bri- ques est désigné de façon générale par 1 et qui est considéra- blement plus long que large. Le four peut être construit sur une armature en acier (non représentée) comportant des plaques de base en fonte 2 sur lesquelles est montée la maçonnerie de bri- queso La charge est enfournée à partir d'une trémie d'alimentation ou d'une presse de conformation (non représentée) par un transpor- teur à mailles métalliques 3 d'où les briquettes sont déchargées sur la grille mobile.
Cette dernière peut avantageusement être composée de quatre convoyeurs 5 disposés cote à cote et supportés à l'extrémi- té de sortie par un barbotin hexagonal 6 qui constitue l'élément d'entraînement et à l'extrémité d'entrée par un rouleau 7. Entre leurs extrémités, les éléments du transporteur sont supportés par des glissières 8 disposées dans toute la longueur du four et supportées par des traverses 9.
A la fig 3, on peut constater que les éléments de la grille sont des pièces moulées 10 comportant le long de leur bord antérieur une lèvre relevée 11 de façon à assurer un recouvrement de l'élément adjacent de la grille. Leur face inférieure comporte des nervures 12 se terminant par des fourches 13 qui s'articulent avec le nez de la nervure adjacente par une broche.
14 indique des dents d'entrainement qui s'engagent dans des fentes ménagées dans les barbotins hexagonaux.
A l'extrémité de chargement, un ou plusieurs bruleurs,
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indiqués sohématiquement en 15, sont montés perpendiculairement à l'axe longitudinal du four, chaque bruleur étant muni de fentes étroites qui attendent sur toute leur longueur et sont dirigées obliquement vers la grille.
Quand ils sont déchargés de la grille, les briquettes ou boulets carbonisés glissent le long d'une pente 17 usqu'à un plateau de décharge alternatif (non représenté) monté dans un carter 18 par lequel les produits sont évacués dans un joint hy- draulique qui sert également à éteindre le produit. De même la grille 5 est en communication avec la presse (ou la trémie prin- oipale de stockage) par un joint hydraulique, quoique l'eau puisse le cas échéant tre supprimée pour admettre une partie de l'air requis pour assurer la combustion.
La plus grande partie du volume d'air nécessaire pour entretenir la combustion des matières volatiles est admise dans le four par l'extrémité d'entrée, par des lumières indiquées en 19 dans le carter du transporteur d'alimentation, et le reste par des lumières auxiliaires 20 ménagées dans la maçonnerie de briques. A l'extrémité de sortie se trouve une cheminée 21 avec un registre 22 qui permet de régler la quantité d'air qui passe dans le four.
Pendant le fonctionnement, les briquettes ou autres produits conformés sont prises dans la trémie d'alimentation, qui contient la provision pour une journée de marche, par le transpor- teur d'alimentation et chargées sur la grille de carbonisation suivant une épaisseur uniforme qui est faible par rapport à la profondeur du four. Par exemple, dans un four de 75 cm de hauteur de moufle, les briquettes sont chargées sur une épaisseur de 10 à 15 cm.
Les briquettes sont portées à une température à laquelle
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les goudrons sont décomposés et volatilisés au point d'inflamma- tion de ces produits. Il s'amorce une combustion active de ces produits dans les vides de la charge et cette combustion continue pendant l'avancement de la charge dans le four en raison du déga- gement continuel de gaz et de la présence d'air.
A la différence des autres procédés, la combustion des briquettes est empéchée par le fait de la combustion en surface des matières volatiles, ce qui provoque un chauffage immédiat des briquettes jusqu'à une température de durcissement par suite du réglage de la température et de l'air de la manière décrite, la plus grande partie du volume d'air étant amenée au dessus de la charge et non pas à travers la charge.
A ce sujet, on peut se référer au brevet anglais N 533.988 qui décrit un procédé de carbonisation d'un matériau oarbonisable, consistant à chauffer initialement une enceinte close à une température qui fait dégager et bruler au moins une partie des constituants volatils d'un ma- tériau oarbonisable, puis à faire passer une couche homogène de matériau earbonisable progressivement dans la chambre dans une di- rection sensiblement horizontale tout en faisant passer vertica- lement vers le haut une quantité réglée d'air à travers le maté.- riau, et à régler l'admission d'air et la vitesse du matériau ppur maintenir la température de carbonisation dans la chambre et dans le matériau par combustion d'au moins une partie des consti- tuants volatils,
au moins partiellement dana la couche de matériau carbonisable et pour réduire au minimum la combustion de carbone fixe, la dite température étant obtenue par combustion des cons- tituants volatils et entrainant la formation d'une couche homo- gène de coke.
Suivant les nécessités, on laisse entrer de l'air auxi- liaire en des points intermédiaires de telle façon que smr la ma-
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jeure partie de la longueur de la grille la combustion soit ré- glée pour bruler une partie des produits gazeux. Gr$ce à cette admission d'air auxiliaire, la température est maintenue à un niveau plus ou moins élevé suivant la teneur désirée en matières volatiles du produit fini.
L'expérience montre qu'il n'est pas nécessaire d'introduire de l'air dans les parties extrêmes du four étant donné qu'en ce point les briquettes ont été suffisam- ment ohauffées pour que, pendant le reste de leur trajet, leur chaleur interne suffise à éliminer ce que l'on désire encore éli- miner de matières volatiles, après quoi elles sont évacuées au joint hydraulique dans l'état désiré, c'est à dire exemptes de goudrons ou de fumées. L'allure générale d'avance sur la grille est d'environ 18 cm par minute ce qui, avec des températures internes aux environs de 600 C, donne une production d'environ 20 tonnes par jour de briquettes à 7 % de matières volatiles.
Le procédé est souple, en ce sens que plusieurs qualités de produits peuvent être produites par réglage de la vitesse de la grille et des températures internes. Ces dernières dépendent de la quantité d'air admise par rapport à la quantité de produits volatils dégagés par unité de temps. On peut établir des températures plus ou moins élevées et des vitesses de chaines plus ou moins rapides pour obtenir la teneur désirée en matières volatiles. Dans tous les cas on évite un excès d'air et la teneur moyenne des gaz de sortie en gaz carbonique se tient aux environs de 18 à 20 %. Il ne se produit pas une combustion totale des matières volatiles car environ 30 % du poids de goudron utilisé de dégagent sous forme de sous-produits lourds. Après un certain temps, la chaleur formée dans le four s'accumule dans la voute en briques et dans la chai- ne de la grille.
Cette chaleur radiée sur la charge de combusti- ble conformé provoque l'élimination des matières volatiles ; celle
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accumulée dans la chaine chauffe la charge entrante jusqu'à la température d'inflammation ; par conséquent le brûleur dispose à l'entrée peut être réduit ou éteint*
La position du bruleur par rapport au point d'entrée des briquettes est déterminée par la nature des mélanges de char- bons utilisés pour la confection des briquettes soumises au trai- tement.
Quand on utilise des charbons présentant un certain degré de gonflement ou des briquettes qui contiennent une quantité rela- tivement élevée d'humidité, il est préférable de les soumettre à une élévation progressive de température avant de commencer leur distillation, car autrement une élévation brusque de tempé- rature entraine dans les briquettes des tensions internes par suite du dégagement rapide de vapeur ou de matières volatiles.
Dans ce but, on place le bruleur à une plus grande distance de l'entrée des briquettes dans le four, de façon que, pendant leur trajet plus prolongé avant de passer sous le bruleur, les briquet- tes peuvent perdre la plus grande partie de leur humidité et avoir subi un certain préchauffage dû à la chaleur sensible de la gril- le et à la radiation de la voûte. Dans un tel cas, on peut réduire la charge par unité de surface de la grille, pour assurer un pré- chauffage régulier et uniforme des briquettes.
D'après ce qui a été dit, on voit que les conditions qui régissent le fonctionnement du four dépendent de trois fac- teurs : (1) les dimensions de chaque briquette ou boulet ; (2) la nature du charbon ou autre matériau carbonifère utilisé ; (3) la quantité de matières volatiles que l'on désire oonserver dans le produit fini ; @ La vitesse de combustion dans le four est assurée
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par réglage de : (a) la température dans le four ; (b) la vitesse d'avancement dans un procédé continu ou la durée du traitement dans un procédé discontinu.
La température du four dépend du taux d'admission d'air et du volume de la charge par rapport à la capacité cubique de l'intérieur du four, ce rapport devant 'être tel qu'il assure un certain rapport entre l'espace libre dans le four et l'espace oc- cupé par la charge, pour permettre l'évacuation des produits de combustion et des matières volatiles non brulées.
Par exemple, dans un four mesurant 10,5 x 1,8 m, la hauteur de voute peut être par exemple 70 cm, l'espace libre étant ainsi tel que la vitesse des gaz résultant de la combustion des goudrons et des matières volatiles d'un charbon à 13 % de vola- tiles (+ 7 % de goudrons) soit de l'ordre de 60 cm par seconde.
Dans un tel cas, le combustible était conformé en boulets de 30 gr, grand axe 5 cm et petit axe 3 cm.
La teneur en matières volatiles du produit final était de 7 % en travaillant à une température de fonctionnement de 600
C. La durée du traitement dans le four (grille continue) était de 45 minutes. Avec un four fixe, la durée est de 55-60 minutes (à cause des pertes de chaleur pendant le chargement et le dé- chargement. La quantité d'air nécessaire pour une avance de 1 ton- ne de produit par heure ou pour environ 1 tonne de charge dans un four fixe est de l'ordre de 9,5 mc/min à basse pression (5cm d'eau).
L'épaisseur de la charge sur la grille étaitd'environ
20 cm. Les variantes indiquées ci-dessus répondent aux considé- rations suivantes : Dimensions. La vitesse de carbonisation des briquettes à une tem-
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pérature donnée est conditionnée par leur plus petite dimension, qui permet le passage de la chaleur. La vitesse de carbonisation varie avec le carré de cette dimension : ainsi une dimension dou- ble exige une durée de traitement quadruple.
Nature du ou des charbons. La température de carbonisation d'un charbon varie avec sa catégorie, c'est à dire avec sa teneur en carbone. Les charbons à faible teneur demandent une température moins élevée, mais en général, étant donné la teneur plus élevée en matières volatiles (supérieure à 30 %), la durée du traitement pour des charbons à teneur élevée en oarbone est plus grande, comme dans l'exemple. Le coke et les produits similaires se con- duisent comme des charbons à teneur élevée en carbone. Dans les mélanges de charbons, le facteur déterminant est la proportion de charbon à faible teneur en carbone.
Matières volatiles dans le produit fini. Si l'on désire une te- neur en matières volatiles supérieure à 6 ou 7 % dans le produit fini, il faut réduire la température du four en diminuant le taux d'admission d'air pour réduire la température à par exemple 500 0 pour obtenir 10 % de volatiles. Il est toutefois préféra- ble d'augmenter la vitesse de grille dans un four continu et ain- si pour des températures normales de fonctionnement, de soumet- tre les briquettes à un traitement de moindre durée, ce qui main- tient la production. Pour obtenir une teneur plus faible en ma- tières volatiles, il faut réaliser les conditions inverses, et, pour maintenir la production pour une Vitesse donnée de grille, il faut élever la température.
Facteur limitant la profondeur de charge. La durée du traitement est conditionnée par la profondeur de la. charge sur la sole ou sur la grille. Pour un fonctionnement économique, cette épaisseur est, dans un four continu, d'environ 15 à 20 cm ; on réalise des
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épaisseurs plus élevées, par exemple 35 cm dans un four fixe.
Il faut prendre garde qu'une épaisseur plus grande de la charge entraine non seulement une plus grande difficulté d'accès de l'air à toutes les briquettes, mais aussi une augmentation du poids sur les couches inférieures, ce qui peut entrainer une déformation des briquettes de celle-ci.
Radiation. L'échauffement de la charge est réalisé en grande par- tie par radiation de la voute du four ou de la chambre, cette vou- te étant chauffée par la combustion des matières volatiles. En tenant compte des conditions de volume de l'espace libre pour les combustions dans le four, de l'effet de l'épaisseur de la charge, et de la vitesse de dégagement des matières volatiles en fonction de la température, et en tenant également compte de ce que l'irra- diation des briquettes est proportionnelle au carré de leur dis- tance à la voute, il s'ensuit qu'il faut préférer un four avec une voute plutôt surbaissée et beaucoup plus large que haut.
La chaleur perdue dans les produits évacués du four peut être récupérée. On peut placer des récupérateurs ou régénérateurs dans la partie antérieure de la sole du four ; ils sont de préfé- rence de forme aplatie de façon qu'une partie des gaz chauds qui y circulent fournissent de la chaleur à travers les parois du régé- nérateur au four et réchauffent le côté retour de la grille. L'air nécessaire pour le procédé passe à travers le récupérateur ou ré- générateur suivant le cas, et remplit le but visé, en passant au dessus de la charge entrante.
Un réglage effectif des étapes de combustion pendant la distillation des briquettes entraine une teneur très faible en oxygène dans les gaz sortants. Ces gaz inertes chauds peuvent être utilisés dans une opération auxiliaire en rapport avec la oonfor- mation des briquettes et le traitement des charbons, en particu-
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lier dans le cas où l'on utilise des charbons bitumineux à haute teneur en matières volatiles.
La formation de la chaleur nécessaire de la manière qui a été décrite évite d'importantes immobilisations de capital dans une installation auxiliaire pour la production de gaz combusti- bles ou de gaz chauds pour le chauffage interne. Le fait que l'air est admis dans une chambre de capacité suffisante assure le mélan- ge intime avec les gaz combustibles, ce qui entraine la combus- tion désirée. Le rendement calorifique du procédé est élevé, et la combustion des goudrons et des matières volatiles, ou d'une par- tie de ceux-ci, au cours du traitement est largement compensée par les économies sur le combustible, la main d'oeuvre et les frais nécessaires pour le fonctionnement d'une source externe de gaz.
Une des nouveautés du procédé est de rendre un combus- tible sans fumée par élimination du liant des briquettes et des matières volatiles au moyen d'un chauffage uniforme dans la masse, ce chauffage résultant de la combustion partielle des matières volatiles autour de chaque briquette sous l'action d'un volume contrôlé d'air qui circule pendant que les briquettes sont en cou- ohes à une température supérieure à la température d'inflammation des matières volatiles les plus légères.
Un aspect secondaire de l'invention est l'établissement d'une installation bon marché et de bon rendement calorifique, fonctionnant en continu, avec le minimum de main d'oeuvre. Il en résulte un meilleur rendement en produits briquetés et une quan- tité pratiquement nulle de fines. La formation de la chaleur "in situ" entraine la vitesse maximum de transfert de la chaleur à la charge et une production nettement supérieure à celle que l'on peut obtenir par d'autres méthodes de chauffage. Les moyens
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de combustion réglables permettent d'effectuer économiquement et sûrement des opérations auxiliaires telles qu'un séchage et un préchauffage des charbons bitumineux, en intégrant ces opé- rations dans le cycle de fabrication.
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A method of manufacturing smokeless solid fuels.
The present invention relates to a process for the manufacture of solid smokeless fuels from coal or similar carbonaceous materials previously formed into briquettes or balls of desired dimensions.
There are two main processes for the pyrogenation of briquettes in order to obtain a smoke-free product by removing any binder and all or part of the volatile matter contained in the coal. One of these processes involves the use of a vertical furnace in which the briquettes are subjected to a carbonization treatment, with the introduction of air, but, in practice, this process does not lead to satisfactory results. cause of uneven combustion of the charge, especially at the location of the air accesses to the retort, which makes it impossible to control the carbonization / mass conditions of the charge. that the product obtained
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is unacceptable on the free market,
a large amount of low calorific gas is produced at the expense of the solid matter yield. In addition, the method does not lend itself to continuous operation.
According to the other process mentioned above, the briquettes are treated in a horizontal furnace, heated externally or by admission of hot gases; however, if such a furnace eliminates the objections resulting from the deterioration of the product by the weight of the load which surmounts it, the briquetting yield has so far not been able to rise to a satisfactory figure.
The process according to the present invention for the production of shaped solid fuels from coal or similar carboniferous materials, consists in heat treating a layer of preformed material which is stationary with respect to a fixed or movable hearth in a furnace. under the following conditions: (a) The treatment temperature must be above the ignition point of the lightest volatile materials and must be chosen, having regard to the duration of the treatment, according to the nature of the material and the desired content volatile matter in the finished product.
(b) The air must be admitted in a controlled quantity, sufficient to ensure partial combustion of the volatiles released from the charge, but insufficient to cause combustion of the solid charge itself, the main volume of air. required to ensure combustion of volatiles being introduced into the furnace above the level of the fuel layer and, in the case of a bogie, at the inlet.
(c) The layer should be thin enough so that
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the air can have access to all the briquettes and that each briquette is surrounded by the flames of combustion of the volatile matter which are released from it, which causes a rapid rise in its skin temperature and thus prevents any condensation of tar or agglomeration of the briquettes with each other.
In the implementation of the invention, the magnitude of the load subjected to the treatment at a given moment must not exceed a certain proportion of the total volumetric capacity of the furnace so that the thickness of the layer of briquettes, which are loaded with a uniform thickness or substantially such., is small compared to the depth of the oven. While the invention lends itself particularly well to use in a continuous process using a bogie or inclined furnace, it can equally well be applied batchwise in a stationary furnace.
At the start of the carbonization treatment, it is necessary to introduce a sufficient quantity of heat to initiate the carbonization of the charge, until the gases given off by the treatment are in sufficient quantity to generate, by their combustion, heat. necessary for cooking .. its incoming or untreated load. It can be seen that, by treating the briquettes in a relatively thin layer in an oven maintained at a temperature above the ignition temperature of at least the most volatile constituents released from the load by heat, the latter being preferably produced by the combustion of said constituents, it is possible to overcome the difficulties encountered in vertical furnaces.
Under these conditions, a formation of calories is established around each brie quettes, due to the partial combustion of the volatile materials released under the action of the high temperature.
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flame erased in the oven. In addition, the process is cumulative, since, as the fuel gases burn, the temperature rises, unlike the cooling that occurs in other processes. Heat rapidly penetrates into the interior of each briquette: this leads to the uniform formation of a hard skin or crust which prevents the product from disintegrating.
The flame temperature around each briquette and the rapid rise in the skin temperature thereof prevents the condensation of the tar and the agglomeration of the briquettes with each other. This results in maximum yield of uniquely sized products with minimum fines.
The temperature of the carbonization treatment to which the load is subjected is controlled by the quantity of air admitted.
The optimum normal temperature of the charge is 600 0, but it is possible to achieve higher temperatures if it is desired to remove from the product all the volatiles.
It is understood that the temperature at which the firing is carried out varies with the category of charcoal used for the preparation of the briquettes and that, for coals with a high content of volatiles (for example more than 33), the temperature should be lowered to around 380 C. An increase in the fixed carbon content requires a higher firing temperature, which will vary from 420 to 430 0 for coals with 25-30% volatiles, while in the case of anthracite, the temperature reaches 600 0.
The invention is illustrated schematically in the accompanying drawing, in its application to a mobile grid oven.
In this drawing: fig 1 is a vertical section of a suitable furnace
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for implementing the method according to the invention; Fig 2 is a corresponding horizontal section; Figs 3 and 4 are respectively a bottom view and a section of an element of the grid.
As shown in the drawing, the apparatus comprises a horizontal brick oven, the brick lining of which is generally designated by 1 and which is considerably longer than it is wide. The furnace can be built on a steel frame (not shown) with cast iron base plates 2 on which the brick masonry is mounted o The load is loaded from a feed hopper or a press of conformation (not shown) by a metal mesh conveyor 3 from which the briquettes are unloaded onto the mobile grid.
The latter can advantageously be composed of four conveyors 5 arranged side by side and supported at the output end by a hexagonal sprocket 6 which constitutes the drive element and at the input end by a roller 7. Between their ends, the elements of the conveyor are supported by guides 8 arranged throughout the length of the oven and supported by crossbars 9.
In FIG. 3, it can be seen that the elements of the grid are molded parts 10 comprising along their front edge a raised lip 11 so as to ensure a covering of the adjacent element of the grid. Their lower face comprises ribs 12 ending in forks 13 which are articulated with the nose of the adjacent rib by a pin.
14 indicates drive teeth which engage in slots made in the hexagonal sprockets.
At the loading end, one or more burners,
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sohematically indicated at 15, are mounted perpendicular to the longitudinal axis of the furnace, each burner being provided with narrow slots which wait over their entire length and are directed obliquely towards the grate.
When they are unloaded from the grid, the charred briquettes or balls slide along a slope 17 until an alternative discharge plate (not shown) mounted in a housing 18 through which the products are discharged into a hydraulic seal. which also serves to turn off the product. Likewise, the grid 5 is in communication with the press (or the main storage hopper) by a hydraulic seal, although the water can, if necessary, be removed to admit part of the air required to ensure combustion.
The greater part of the volume of air necessary to support the combustion of the volatiles is admitted into the furnace through the inlet end, through openings indicated at 19 in the housing of the feed conveyor, and the rest by auxiliary lights 20 provided in the brick masonry. At the outlet end is a chimney 21 with a register 22 which allows the amount of air which passes through the oven to be regulated.
During operation, briquettes or other shaped products are taken from the feed hopper, which contains the supply for a day's walk, by the feed conveyor and loaded onto the charcoal grate to a uniform thickness which is shallow compared to the depth of the oven. For example, in a 75 cm muffle height oven, the briquettes are loaded to a thickness of 10 to 15 cm.
The briquettes are brought to a temperature at which
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the tars are decomposed and volatilized at the point of ignition of these products. An active combustion of these products begins in the charge voids and this combustion continues as the charge advances in the furnace due to the continual evolution of gas and the presence of air.
Unlike other processes, combustion of the briquettes is prevented by the surface combustion of volatiles, which causes the briquettes to be immediately heated to a hardening temperature as a result of the temperature control and heating. 'air as described, most of the air volume being supplied above the load and not through the load.
In this regard, reference may be made to British Patent No. 533,988 which describes a process for the carbonization of an oarbonisable material, consisting in initially heating a closed chamber to a temperature which releases and burns at least part of the volatile constituents of a carbonisable material, then in passing a homogeneous layer of carbonisable material progressively in the chamber in a substantially horizontal direction while passing vertically upward a regulated quantity of air through the material, and adjusting the air intake and the material velocity to maintain the carbonization temperature in the chamber and in the material by combustion of at least a portion of the volatile constituents,
at least partially in the layer of carbonizable material and to minimize the combustion of fixed carbon, said temperature being obtained by combustion of the volatile constituents and causing the formation of a homogeneous layer of coke.
Depending on requirements, auxiliary air is allowed to enter at intermediate points so that the ma-
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As part of the length of the grate the combustion is regulated to burn part of the gaseous products. Thanks to this auxiliary air intake, the temperature is maintained at a higher or lower level depending on the desired volatile content of the finished product.
Experience shows that it is not necessary to introduce air into the extreme parts of the furnace since at this point the briquettes have been sufficiently heated so that, during the remainder of their journey, their internal heat is sufficient to remove what is still desired to remove volatile matter, after which they are discharged at the water seal in the desired state, that is to say free of tar or fumes. The general advance on the grid is about 18 cm per minute which, with internal temperatures around 600 C, gives a production of about 20 tons per day of briquettes with 7% volatile matter.
The process is flexible in that several grades of product can be produced by adjusting the grate speed and internal temperatures. The latter depend on the quantity of air admitted relative to the quantity of volatile products released per unit of time. More or less high temperatures and more or less rapid chain speeds can be established to obtain the desired volatile matter content. In all cases, an excess of air is avoided and the average carbon dioxide content of the exit gases is around 18 to 20%. Total combustion of the volatile matter does not occur as approximately 30% of the weight of tar used is released as heavy by-products. After a while, the heat formed in the oven collects in the brick vault and in the chain of the grate.
This heat radiated onto the shaped fuel charge causes the removal of volatiles; that
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accumulated in the chain heats the incoming charge up to the ignition temperature; therefore the burner has at the inlet can be reduced or switched off *
The position of the burner relative to the point of entry of the briquettes is determined by the nature of the mixtures of charcoal used for making the briquettes subjected to the treatment.
When coals with a certain degree of swelling or briquettes which contain a relatively high amount of moisture are used, it is preferable to subject them to a gradual rise in temperature before starting their distillation, otherwise a sudden rise in temperature. The temperature causes internal stresses in the briquettes as a result of the rapid release of vapor or volatile matter.
For this purpose, the burner is placed at a greater distance from the entry of the briquettes into the furnace, so that, during their more prolonged journey before passing under the burner, the lighters can lose most of their material. their humidity and have undergone some preheating due to the sensible heat of the grill and radiation from the roof. In such a case, the load per unit area of the grid can be reduced, to ensure even and uniform preheating of the briquettes.
From what has been said, it can be seen that the conditions which govern the operation of the furnace depend on three factors: (1) the dimensions of each briquette or ball; (2) the nature of the coal or other carboniferous material used; (3) the amount of volatile matter desired to be retained in the finished product; @ The combustion speed in the oven is ensured
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by adjusting: (a) the temperature in the oven; (b) the speed of advance in a continuous process or the duration of the treatment in a batch process.
The temperature of the furnace depends on the rate of air admission and the volume of the charge relative to the cubic capacity of the interior of the furnace, this ratio having to be such as to ensure a certain ratio between the free space. in the furnace and the space occupied by the load, to allow the evacuation of combustion products and unburnt volatiles.
For example, in a furnace measuring 10.5 x 1.8 m, the vault height can be for example 70 cm, the free space thus being such that the speed of the gases resulting from the combustion of the tars and the volatile matter d 'a charcoal with 13% volatiles (+ 7% tar), ie of the order of 60 cm per second.
In such a case, the fuel was shaped into balls of 30 gr, major axis 5 cm and minor axis 3 cm.
The volatile content of the final product was 7% when working at an operating temperature of 600
C. The duration of the treatment in the oven (continuous rack) was 45 minutes. With a fixed oven, the duration is 55-60 minutes (due to heat loss during loading and unloading. The amount of air required for an advance of 1 ton of product per hour or for approx. 1 tonne of load in a stationary oven is of the order of 9.5 mc / min at low pressure (5 cm of water).
The thickness of the load on the grid was about
20 cm. The variants indicated above meet the following considerations: Dimensions. The rate of charring of briquettes at a time
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given temperature is conditioned by their smallest dimension, which allows the passage of heat. The rate of carbonization varies with the square of this dimension: thus a double dimension requires a quadruple processing time.
Nature of the carbon (s). The carbonization temperature of a coal varies with its category, ie with its carbon content. Low content coals require a lower temperature, but in general, due to the higher volatile content (over 30%), the processing time for high carbon coals is longer, as in 'example. Coke and similar products behave like high carbon coals. In coal mixtures, the determining factor is the proportion of low carbon coal.
Volatile matter in the finished product. If you want a volatile matter content greater than 6 or 7% in the finished product, the oven temperature must be reduced by reducing the air intake rate to reduce the temperature to for example 500 0 for example. get 10% volatiles. It is, however, preferable to increase the grate speed in a continuous furnace and thus for normal operating temperatures, to subject the briquettes to a shorter treatment time, which maintains production. In order to obtain a lower content of volatiles, the reverse conditions must be carried out, and, in order to maintain the production for a given grid speed, the temperature must be raised.
Factor limiting the depth of charge. The duration of treatment is conditioned by the depth of the. load on the floor or on the grid. For economical operation, this thickness is, in a continuous furnace, about 15 to 20 cm; we make
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higher thicknesses, for example 35 cm in a stationary oven.
Care must be taken that a greater thickness of the load not only leads to greater difficulty in accessing the air to all the briquettes, but also to an increase in the weight on the lower layers, which can cause deformation of the briquettes. briquettes of it.
Radiation. The heating of the load is carried out in large part by radiation from the vault of the furnace or of the chamber, this vault being heated by the combustion of the volatile materials. Taking into account the volume conditions of the free space for combustions in the furnace, the effect of the thickness of the charge, and the rate of release of volatiles as a function of temperature, and also taking into account taking into account that the irradiation of the briquettes is proportional to the square of their distance from the vault, it follows that an oven with a rather low vault and much wider than it should be preferred.
The heat lost in the products discharged from the oven can be recovered. Recuperators or regenerators can be placed in the front part of the oven floor; they are preferably flattened in shape so that a portion of the hot gases circulating therein provide heat through the walls of the regenerator to the oven and heat the return side of the grate. The air required for the process passes through the recuperator or regenerator as appropriate, and fulfills the intended purpose, passing over the incoming load.
An effective control of the combustion stages during the distillation of the briquettes results in a very low oxygen content in the outgoing gases. These hot inert gases can be used in an auxiliary operation relating to the shaping of briquettes and the treatment of coals, in particular.
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binder when using bituminous coals with a high volatile content.
The formation of the necessary heat in the manner which has been described avoids large capital investments in an auxiliary plant for the production of fuel gases or hot gases for internal heating. The fact that air is admitted into a chamber of sufficient capacity ensures intimate mixing with the combustible gases, which results in the desired combustion. The heat efficiency of the process is high, and the combustion of the tars and volatiles, or part of them, during processing is more than offset by the savings in fuel, labor and costs. the costs necessary for the operation of an external source of gas.
One of the novelties of the process is to make a fuel smokeless by removing the binder from the briquettes and the volatiles by means of uniform heating throughout the mass, this heating resulting from the partial combustion of the volatiles around each briquette under the action of a controlled volume of air circulating while the briquettes are being coated at a temperature above the ignition temperature of the lighter volatiles.
A secondary aspect of the invention is the establishment of an inexpensive installation with good calorific efficiency, operating continuously, with the minimum of labor. This results in a better yield of briquetted products and a practically zero amount of fines. The formation of heat "in situ" results in the maximum rate of heat transfer to the load and significantly higher output than can be achieved by other heating methods. Ways
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adjustable combustion burners allow auxiliary operations such as drying and preheating of bituminous coals to be carried out economically and safely, by integrating these operations into the production cycle.