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FOUR A RECUPERATION DE CHALEUR POUR LA PRODUCTION DE GAZ ET DE COKE,
NOTAMMENT A CHAMBRES DE COKEFACTION HORIZONTALES
Dans les fours à récupération de chaleur, pour la production de gaz et de coke, les agents de chauffage (gaz de chauffage et air comburant) et les gaz brûlés traversent la chambre du four constamment dans la même direc- tion.
Il est vrai que, comparée aux fours à régénération, cette disposition supprime toutes les installations et les manipulations nécessaires pour l'in- version de tirage; cependant, le chauffage avec récupération de chaleur néces- site des dispositifs appelés à assurer, même dans le cas d'un cheminement de flammes s'opérant constamment dans la même direction de tirage, une transmis- sion de chaleur intense et uniformément répartie tant sur les piédroits du four que dans son installation de récupération de chaleur, c'est-à-dire le récupérateur.
La compensation de chaleur entre les parois de séparation des différents canaux d'une part et les fluides qui les parcourent d'autre part, s'opère principalement par le contact entre les fluides et les parois et, pour une moindre part, par le rayonnement depuis les gaz chauds vers les parois ou depuis les parois chaudes vers les agents de chauffage (gaz pauvre et air) ap- pelés à être réchauffés. Pour cette raison, il est utile, dans- les fours à récupération, de prévoir ces parois d contact et de rayonnement dans l'inté- rieur du four aussi grandes et efficaces que possible.
On y parvient par le fait que selon 1-'invention les canaux du récupérateur qui servent à l'échange thermique et qui présentent une section rectangulaire ou carrée sont juxtapo- sées en deux ou plusieurs rangées, et sont parallèles dans- le sens longitudi- nal, la disposition étant telle-que les canaux parcourus respectivement par le fluide chauffant et le fluide à réchauffer sont décalés obliquement les uns par rapport aux autres. Les fluides entrerlesquels s'opère un échange thermi- que circulent à contre-courants afin de mieux utiliser la chute de températu- re.
Grâce à cette disposition des canaux parcourus par les agents de chauffage et les gaz brûlés, l'échange thermique s'opère au moins le long de
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trois parois de séparation dans le cas de deux rangées de canaux juxtaposés, tandis qu'il s'opère le long de toutes les parois de séparation des rangées médianes des canaux, lorsque le nombre total des rangées est supérieur à deux.
De ce fait, la surface d'échange du récupérateur se trouve notablement agran- die par rapport aux dispositions de canaux connues à ce jour, à deux surfaces d'échange seulement, et son rendement se trouve amélioré. Une subdivision poussée de la section transversale totale du récupérateur en de tels canaux individuels détermine une augmentation correspondante de la surface d'échan- ge thermique.
Les différents canaux peuvent être établis en briques tubulaires? En décalant les joints des briques des canaux voisins d'une demi-longueur de brique, on évite dans une grande mesure le repassage de fluides en relation d'échange thermique. La disposition des'canaux proposée ici est applicable tant dans les récupérateurs à flux vertical que dans les récupérateurs à flux horizontal.
En outre, et pour intensifier la transmission thermique, les dif- férents canaux du récupérateur peuvent être munis de déflecteurs disposés obli- quement ou parallèlement aux parois du canal et qui sont prévus dans chaque canal de distance en distance et de préférence décalés les uns par rapport aux autres. Ces déflecteurs créent dans les différents canaux un flux gazeux tur- bulent qui déterminent un échange thermique favorable entre le fluide en mou- vement et la paroi du canal, même pour une faible vitesse d'écoulement . Ces déflecteurs servent en outre de surfaces-dechauffage et de rayonnement, vu qu'ils absorbent de la chaleur depuis les gaz brûlés, qu'ils rayonnent vers les parois du canal, ou bien, après avoir été chauffés par rayonnement depuis les parois chaudes du canal, cèdent de la chaleur aux agents de chauffage à réchauf- fer..
Dans le four selon l'invention, ces récupérateurs, divisés en ca- naux individuels verticaux sont disposés utilement au-dessus des différentes chambres de cokéfaction et entre les parois-supports prévues pour les carneaux de chauffage et s'étendant sur toute la longueur de ces chambres. Lorsque le four est chauffé au gaz riche, tous les récupérateurs servent à réchauffer làir comburant, tandis que, lorsqu'il est chauffé au gaz pauvre, chaque deuxième récupérateur sert à réchauffer ce gaz, les récupérateurs intermédiaires servant à réchauffer l'air.
Lorsque les agents entre lesquels s'opère l'échange thermique che- minent dans les canaux de récupération conformément à l'invention et que ces canaux sont disposés conformément à celle-ci, on obtient un espace de récupé- ration totale présentant de grandes surfaces de transmission thermique, tout en permettant la prévision de piédroits solides, stables et étanches aux gaz, et qui peuvent s'étendre d'une-manière continue depuis la sole du four jusqu'à la sole de chauffage.
Les canaux d'amenée d'agents de chauffage et les canaux de départ de gaz brûlés, situés au-dessous du récupérateur,' ainsi que les canaux dis- tributeurs d'agents de chauffage-pour les piédroits et les canaux collecteurs de-gaz brûlés situés au-dessous de ces piédroits sont disposés de- telle façon que l'on obtient une répartition uniforme des agents de chauffage et des gaz brûlés pour les,canaux de récupération juxtaposés alternativement et décalés obliquement les uns par rapport aux autres, sans toutefois affaiblir les parois- supports par un empiètement sur 1-'espace situé en dehors- du gabarit déterminé par la largeur du récupérateur.
A cette fin, on dispose au-dessous de chaque récupérateur, trois canaux de sole qui occupent toute la largeur du récupérateur et s'étendent sur toute sa longueur et dont celui situé au milieu sert à l'amenée de-l'agent de chauffage utilisé, à savoir,le gaz pauvre ou l'air, tandis que les deux canaux extérieurs peuvent servir à la sortie-de gaz broies. La condition d'une sec- tion de passage sensiblement égale pour le canal d'arrivée d'agent de chauffa- ge et pour les deux canaux de départ des gaz brûlés est réalisée par le fait que, à hauteur égale, le canal médian- présente une largeur à peu près double de chacun des canaux extérieurs.
La prévision de trois canaux permet de don-
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ner aux passages de communication entre les canaux de sole et les différents canaux de récupération une orientationverticale ou presque verticale et une faible longueur. On évite des croisements entre canaux, de sorte que, même lorsque les agents de chauffage sont répartis en échiquier parmi les canaux de récupération, la partie inférieure du four présente une construction simple robuste et étanche aux gaz. Les avantages réalisés par la disposition des trois canaux de sole selon l'invention subsistent lorsque le canal médian sert au départ des gaz brûlés et les deux canaux externes à l'amenée des agents de chauffage.
Pour permettre la répartition de l'agent de chauffage qui parcourt le récupérateur considéré sur l'ensemble du piédroit, ainsi que le transvase- ment, dans les canaux de récupération, des gaz brûlés qui quittent ce piédroit, on prévoit trois canaux s'étendant sur toute la longueur du récupérateur, le canal médian servant de distributeur d'agents de chauffage, les deux autres servant de canaux collecteurs de gaz brûlés. Ici également, on peut inverser la disposition de façon que le canal médian serve de collecteur de gaz brûlés, et que les deux canaux extérieurs servent pour l'amenée d'agents de chauffage/ La largeur hors-tout de ces canaux ne dépasse pas le gabarit de la largeur du récupérateur.
Toutefois, ici , les canaux distributeurs d'agents de chauffage et le canal collecteur de gaz brûlés sont décalés verticalement, les deux ca- naux collecteurs, situés- au-dessous du canal distributeur, présentant une lar- geur suffisamment réduite pour laisser de la place pour le passage de canaux de communications verticaux entre le récupérateur et le canal distributeur.
Les canaux de liaison entre-les canaux collecteurs et les canaux de récupéra- tion correspondants sont également orientés dans le sens vertical. La paroi chauffante du four comporte les carneaux de chauffage verticaux. Toutefois, comme dans le cas de fours sans inversion de tirage- chaque carneau de chauffa- ge est constamment parcouru par les flammes suivant le même sens de tirage et que, par conséquent, la température des carneaux descendants est inférieu- re à celle des carneaux montants, l'invention prévoit en outre la subdivision de la paroi chauffante en groupes de carneaux de chauffage, composés de trois à cinq carneaux, dont -Un seul, de préférence celui du-milieu, sert comme car- neau descendant.
La haute température requise est alors maintenue dans ce der- nier carneau, du fait du volume des gaz brûlés, et donc de la vitesse-augmen- tée de ceux-ci.. Les canaux distributeurs d'agents- de chauffage et les canaux collecteurs de gaz brûlés, sont subdivisés par des parois transversales en tron- çons égaux, conformément à la subdivision du piédroit en groupes de carneaux de chauffage, de sorte que forcément, les canaux verticaux du récupérateur qui s'étend sur toute la longueur du piédroit se trouvent également divisés en groupes correspondants.
Le dessin représente la construction selon l'invention, appliquée à un four chauffé au gaz pauvre, à savoir :
La Fig. 1 est une coupe transversale verticale du four selon le plan i - k de la Fig. 5.
La Fig. 2 est une coupe transversale verticale du four selon le plan 1- m de la Fig. 5.
La Fig-. 3 est une coupe longitudinale verticale du four selon le plan c - d de la Fige 2.
La Fig. 4 est une coupe longitudinale verticale du four selon le plan a - b de la Fig. 1.
La Fig. 5 est une coupe transversale horizontale du four selon le plan e - f des Figs. 1 et 2.
La Fig. 6 est une coupe transversale horizontale du four selon le plan g - h des Figs. 1et 2.
Les chambres de cokéfaction désignées par 1 sont situées, comme d'habitude, entre les piédroits 2. Au-dessous de ces piédroits sont situées les parois support 3 étanches au gaz qui s'étendent en une épaisseur unifor- me depuis la sole du four jusqu'à la sole des carneaux de chauffage. Entre ces parois supports, et au-dessous des chambres 1, sont situés les récupérateurs
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à gaz pauvre 4 et à air 5,.¯qui s'étendent sur toute la longueur des chambres de cokéfaction.
Chaque récupérateur est constitué par des canaux à profil rectan- gulaire de faible section, parallèles dans le sens longitudinal, disposés ver- ticalement et juxtaposés sur deux rangées, les canaux parcourus respectivement par le fluide chauffant et par le fluide chauffé étant décalés diagonalement les uns par rapport aux autres. Les canaux individuels sont constitués en bri- ques tubulaires dont les joints sont décalés dune demi-longueur de brique dans les canaux voisins. Les canaux parcourus par le gaz pauvre sont désignés par G, ceux parcourus par l'air sont désignés par L, tandis que les canaux parcou- rus par les gaz brûlés sont désignés par A.
Au-dessous de chaque récupérateur se trouvent trois canaux de sole s'étendant sur toute sa longueur et dont ceux désignés par 6 servent à l'amenée du gaz pauvre, ceux désignés par 7 - à l'a- menée de l'air comburant, et ceux désignés par 8 - à l'évacuation des gaz brû- lés. Les ouvertures de communication entre les différents canaux de récupéra tion et les canaux de sole sont orientés verticalement ou.presque verticalement et peuvent être étranglés à l'aide de=registres 9 commandés de l'extérieur du four.
Au-dessus des récupérateurs 4 et 5 sont situés les canaux assurant la distribution, dans les piédroits, des agents de chauffage parcourant les ré- cupérateurs, à savoir les canaux distributeurs 10 (G) pour le gaz pauvre et 11 (L) pour l'air comburant, ainsi que les canaux 12 (A) destinés à recueillir les gaz brûlés qui quittent les parois chauffantes et à les diriger vers les canaux ,de récupération. Les canaux distributeurs et les canaux collecteurs de gaz brûlés sont reliés par des canaux de communication verticaux aux canaux de récupération correspondants. Chaque récupérateur alimente deux piédroits voisins 2.
Les piédroits 2 munis de carneaux de-chauffage verticaux sont ré- partis par groupes de 3 carneaux de chauffage. Les agents de chauffage brû- lent en remontant dans les carneaux 13 et 14, tandis que les gaz brûlés de ces deux carneaux descendent dans le carneau 15. Conformément à la subdivision du piédroit en ces groupes de carneaux, les canaux distributeurs d'agents de chauffage 10 (G) et 11(L), ainsi que les canaux collecteurs de gaz brûlés 12 (A), sont subdivisés en tronçons égaux par-les parois transversales 16.
Ceci détermine la subdivision du récupérateur 'en groupes correspondants, de sorte que chaque groupe de carneaux de chauffage peut être contrôlé indépendamment en ce qui concerne la quantité des agents de chauffage soumis à la combustion et la vitesse d'écoulement des fluides en circulation dans la partie considérée du four.
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HEAT RECOVERY OVEN FOR GAS AND COKE PRODUCTION,
ESPECIALLY HORIZONTAL COKEFACTION ROOMS
In heat recovery furnaces, for the production of gas and coke, the heating agents (heating gas and combustion air) and the flue gases pass through the furnace chamber constantly in the same direction.
It is true that, compared to regeneration ovens, this arrangement eliminates all the installations and manipulations necessary for the draft reversal; However, heating with heat recovery requires devices designed to ensure, even in the case of a flow of flames constantly operating in the same direction of draft, an intense heat transmission and uniformly distributed both over the sides of the furnace than in its heat recovery installation, i.e. the recuperator.
The heat compensation between the separating walls of the various channels on the one hand and the fluids which flow through them on the other hand, takes place mainly by the contact between the fluids and the walls and, to a lesser extent, by the radiation from the hot gases to the walls or from the hot walls to the heating agents (lean gas and air) to be reheated. For this reason, it is useful in recovery furnaces to provide these contact and radiation walls in the interior of the furnace as large and efficient as possible.
This is achieved by the fact that according to the invention the channels of the recuperator which serve for heat exchange and which have a rectangular or square section are juxtaposed in two or more rows, and are parallel in the longitudinal direction. nal, the arrangement being such that the channels passed through respectively by the heating fluid and the fluid to be heated are offset obliquely with respect to each other. The fluids entering into which a heat exchange takes place circulate in countercurrents in order to make better use of the drop in temperature.
Thanks to this arrangement of the channels traversed by the heating agents and the burnt gases, the heat exchange takes place at least along
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three partition walls in the case of two rows of juxtaposed channels, while it operates along all the dividing walls of the middle rows of the channels, when the total number of rows is greater than two.
As a result, the exchange surface of the recuperator is considerably enlarged compared to the channel arrangements known to date, to only two exchange surfaces, and its efficiency is improved. Extensive subdivision of the total cross section of the recuperator into such individual channels results in a corresponding increase in heat exchange surface.
Can the different channels be made of tubular bricks? By shifting the joints of the bricks of the neighboring channels by half a length of brick, the ironing of fluids in a heat exchange relationship is largely avoided. The arrangement of the channels proposed here is applicable both in vertical flow recuperators and in horizontal flow recuperators.
In addition, and to intensify the thermal transmission, the various channels of the recuperator can be provided with deflectors arranged obliquely or parallel to the walls of the channel and which are provided in each channel from distance to distance and preferably offset one by one. compared to others. These deflectors create a turbulent gas flow in the various channels which determines a favorable heat exchange between the moving fluid and the wall of the channel, even for a low flow speed. These baffles also serve as heating and radiating surfaces, as they absorb heat from the flue gases, radiate to the walls of the channel, or, after being heated by radiation from the hot walls of the duct. channel, give up heat to the heating agents to be reheated.
In the oven according to the invention, these recuperators, divided into individual vertical channels, are usefully arranged above the various coking chambers and between the support walls provided for the heating flues and extending over the entire length of the oven. these rooms. When the furnace is heated with rich gas, all recuperators serve to heat the oxidant air, while, when heated with lean gas, each second recuperator is used to heat this gas, the intermediate recuperators serving to heat the air.
When the agents between which the heat exchange takes place pass through the recovery channels according to the invention and these channels are arranged in accordance with the latter, a total recovery space is obtained with large surfaces. of thermal transmission, while allowing the provision of solid, stable and gas-tight piers, and which can extend in a continuous manner from the hearth of the furnace to the heating hearth.
The heating agent supply channels and the flue gas supply channels, located below the recuperator, as well as the heating agent distribution channels for the piers and the gas collecting channels flue gases located below these piers are arranged in such a way that a uniform distribution of the heating agents and the flue gases is obtained for the recovery channels juxtaposed alternately and offset obliquely with respect to each other, without however weaken the support walls by encroaching on 1-space located outside the template determined by the width of the recuperator.
To this end, there are below each recuperator, three sole channels which occupy the entire width of the recuperator and extend over its entire length and of which the one located in the middle is used for the supply of the heating agent. used, namely, lean gas or air, while the two outer channels can be used for the outlet of crushed gas. The condition of a substantially equal passage section for the heating medium inlet channel and for the two flue gas outlet channels is achieved by the fact that, at equal height, the middle channel has about double the width of each of the outer channels.
The provision of three channels makes it possible to
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set the communication passages between the sole channels and the various recovery channels a vertical or almost vertical orientation and a short length. Crossings between channels are avoided, so that, even when the heating agents are distributed in a checkerboard among the recovery channels, the lower part of the furnace has a simple, robust and gas-tight construction. The advantages achieved by the arrangement of the three sole channels according to the invention remain when the middle channel is used for the departure of the burnt gases and the two external channels for the supply of the heating agents.
To allow the distribution of the heating agent which passes through the recuperator in question over the whole of the side wall, as well as the transfer, into the recovery channels, of the burnt gases which leave this side wall, three channels extending along the entire length of the recuperator, the middle channel serving as a heating agent distributor, the other two serving as flue gas collection channels. Here too, the arrangement can be reversed so that the middle channel serves as a flue gas collector, and the two outer channels serve for the supply of heating agents / The overall width of these channels does not exceed recuperator width template.
However, here, the heating agent distributing channels and the flue gas collecting channel are offset vertically, the two collecting channels, located below the distributing channel, having a width small enough to leave room. room for the passage of vertical communication channels between the recuperator and the distributor channel.
The connecting channels between the collecting channels and the corresponding recovery channels are also oriented in the vertical direction. The heating wall of the oven has the vertical heating flues. However, as in the case of ovens without inversion of draft - each heating flue is constantly traversed by the flames in the same direction of draft and that, consequently, the temperature of the descending flues is lower than that of the flues. uprights, the invention further provides for the subdivision of the heating wall into groups of heating flues, composed of three to five flues, of which only one, preferably that in the middle, serves as a descending flue.
The required high temperature is then maintained in the latter flue, due to the volume of the burnt gases, and therefore to the increased speed thereof. The heating agent distribution channels and the collecting channels of burnt gases, are subdivided by transverse walls into equal sections, in accordance with the subdivision of the side wall into groups of heating flues, so that necessarily, the vertical channels of the recuperator which extends over the entire length of the side wall are are also divided into corresponding groups.
The drawing represents the construction according to the invention, applied to a furnace heated with lean gas, namely:
Fig. 1 is a vertical cross section of the furnace along the plane i - k of FIG. 5.
Fig. 2 is a vertical cross section of the furnace along the plane 1 - m of FIG. 5.
The Fig-. 3 is a vertical longitudinal section of the oven on the plane c - d of Fig. 2.
Fig. 4 is a vertical longitudinal section of the furnace along the plane a - b of FIG. 1.
Fig. 5 is a horizontal cross section of the furnace along the plane e - f of Figs. 1 and 2.
Fig. 6 is a horizontal cross section of the furnace along the plane g - h of Figs. 1 and 2.
The coking chambers designated by 1 are located, as usual, between the piers 2. Below these piers are located the gas-tight support walls 3 which extend in a uniform thickness from the bottom of the furnace. to the bottom of the heating flues. Between these support walls, and below the chambers 1, are located the recuperators
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lean gas 4 and air 5, .¯which extend over the entire length of the coking chambers.
Each recuperator is made up of channels with a rectangular profile of small section, parallel in the longitudinal direction, arranged vertically and juxtaposed in two rows, the channels passed through respectively by the heating fluid and by the heated fluid being offset diagonally. compared to others. The individual channels are made of tubular bricks, the joints of which are offset by half a length of brick in the neighboring channels. The channels traversed by the lean gas are designated by G, those traversed by air are designated by L, while the channels traversed by the burnt gas are designated by A.
Below each recuperator are three sole channels extending over its entire length, of which those designated by 6 are used for supplying lean gas, those designated by 7 - for supplying combustion air. , and those designated by 8 - to the evacuation of the burnt gases. The communication openings between the various recovery channels and the hearth channels are oriented vertically or almost vertically and can be throttled using registers 9 controlled from outside the oven.
Above the recuperators 4 and 5 are located the channels ensuring the distribution, in the piers, of the heating agents passing through the recuperators, namely the distributor channels 10 (G) for the lean gas and 11 (L) for the lean gas. 'combustion air, as well as the channels 12 (A) intended to collect the burnt gases which leave the heating walls and to direct them to the channels, recovery. The distribution channels and the flue gas collecting channels are connected by vertical communication channels to the corresponding recovery channels. Each recuperator supplies two neighboring piers 2.
The piers 2 fitted with vertical heating flues are divided into groups of 3 heating flues. The heating agents burn while going up in the flues 13 and 14, while the gases burnt from these two flues go down in the flue 15. In accordance with the subdivision of the side wall into these groups of flues, the channels distributing the heating agents. heating 10 (G) and 11 (L), as well as the flue gas collecting channels 12 (A), are subdivided into equal sections by the transverse walls 16.
This determines the subdivision of the recuperator into corresponding groups, so that each group of heating flues can be independently controlled with respect to the amount of heating agents subjected to combustion and the flow rate of the fluids circulating in the combustion chamber. part of the oven.