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L'invention @ présent brevet, concerne divers perfectionnements @ des fours à coke compound, à carneaux jumelés, à régénération de chaleur, dans lesquels les régénérateurs s'étendent au-dessous des chambres de carbonisation parallèlement à celles-ci et sur toute leur longueut
Ces perfectionnements ont pour but d'obvier à divers Inconvénients rencontrés dans l'exploitation des fours de ce type construits suivant la technique usuelle, d'améliorer la précision du réglage de la combustion et de réaliser ainsi une économie de chauffage notable.
Avant d'aborder la description des dispositifs qui cons- tituent la réalisation de l'invention il est nécessaire de mettre
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en évidence les inconvénients et les défauts inhérents à la tech- nique usuelle, actuellement du domaine public.
A cet effet, on se reportera aux figures 1 et 2 qui re- présentent schématiquement une batterie de tels fours : la figure 1 étant une coupe par un plan vertical perpendiculaire aux plans médians des chambres de carbonisation et la¯figure 2 une coupe par les plans verticaux décrochés VV'.
Afin de simplifier le langage, dans ce qui suit, on considère les plans horizontaux XX', YY', UU', TT' et l'on désigne par "chapeau" la partie comprise entre les plans X et Y; par "laboratoire" la partie comprise entre les plans Y et 2; par "partie intermédiaire" la partie comprise entre les plans Z et U; et par "régénération" la partie comprise entre les plans U et T.
Leplan TT' représente la "surface d'assise" des fours.
Si l'on considère les fours, chauffés au gaz pauvre, à un instant donné, les chambres de régénérateurs marquées A, G, A', G', A, G, ... etc, comme sur la figure, sont respectivement parcourues : Les chambres A A A par un courant ascendant d'air en cours de chauffage, Les chambres G G G par un courant ascendant de gaz en cours de chauffage, Les chambres A', G', A', G' par un courant descendant de fumées en cours de refroidissement (cédant leur chaleur aux empilages),
La combustion dans les carneaux successifs jumelés s'opère alors comme le montrent les floches F et F' dont on remar- quera, sur la fig.
1, les parties pleines et pointillées tracées, renfermement aux usages, de façon à montrer en traits pleins les parcours visibles et en pointillé les-parcours cachés par les croisons (1) séparant deux carneaux chauffants consécutifs, les- quels carneaux communiquent deux à deux à leur partie supérieure par les passages (2). Dans ce genre de construction chaque paire de carneau (l'un montant, 1*autre descendant) est entièrement sépa-
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rée de la paire voisine par une cloison (3) continue et ne présen.. tant aucune ouverture.
Ainsi qu'on le sait, à l'invention suivante tous les mouvements de gaz se trouvent inversés.
Ces fours sont munis, dans la partie intermédiaire, de canaux (4) (4).. (4') (4') servant à l'alimentation en gaz riche. Dans le cas du fonctionnement au gaz riche les régénérateurs A et G chauffent, l'un et l'autre, l'air de combustion et les ré- générateurs A' et G' sont parcourus par les fumées, l'arrivée de gaz riche se fait par le canaux (4) desservant les carneaux chauf- fants de rangs impairs (à partir de la gauche sur la figure 2).
A l'inversion suivante les mouvement sont inversés et le gaz riche arrive par les canaux (4') aux carneaux de rangs pairs.
Dans certains fours - du type connu sous la dénomina- tion "underjet", c'est-à-dire à alimentation par-dessous - les canaux d'alimentation en gaz riche, tels que (4) et (4'), sont remplacés par des canaux verticaux traversant de bas en haut les murs principaux (9) de séparation des régénérateurs. Cette disposi- tion particulière ne change rien d'essentiel aux observations qui vont suivre.
Les inconvénients, reconnus à l'usage, de la technique élémentaire classique qui vient d'être décrite sont les suivants :
En premier lieu il est bien évident que l'on ne peut se permettre de construire une batterie d'un certain nombre de fours (vingt à vingt cinq par exemple) ayant une longueur de l'or- dre de vingt cinq à trente mètres sans prévoir des joints de dila- tation, surtout si ces fours sont construits en matériaux de silice dont la dilatation totale peut atteindre 1,6 % environ lorsque la température de régime est obtenue.'En fait, grâce à des joints de dilatation, chaque four doit pouvoir prendre sa dilatation sans empiéter sur le domaine du four voisin.
On n'éprouve aucune difficulté pour établir de tels joints dans le chapeau XY, tandis que dans le laboratoire YZ les piédroits se dilatent en épaisseur
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comme des monolithes,aux dépens de la largeur des chambres ; dansla régénération UT les cloisons séparatrices se dilatent en lar- geur chacune pour son compte aux dépens des largeurs des chambres; le problème délicat de l'établissement des joints de dilatation porte donc tout entier sur la partie intermédiaire ZU. Par ailleurs il est visible sur la figure 1 que toute coupure telle que MN ren- contre successivement divers carneaux affectés à la circulation de fluides gazeux différents : air, gaz pauvre ou fumées, éventuelle- ment gaz riche.
Il s'ensuit que tout joint de dilatation ménagé dans la partie intermédiaire pour compenser la dilatation de cha- que four dans le sens transversal (longitudinal de l'ensemble de la batterie) est une cause de fuite, de combustion prématurée, de surchauffes locales et de détériorationdes maçonneries. Au point de vue de l'économie du chauffage on observe, sion une impossibi- lité du réglage individuel dès brûleurs, du moins une difficulté très grande ,du fait que les fuites ont un caractère essentielle- ment irrégulier et individuel d'un brûleur à un autre.
Cette difficulté de réglage se trouve aggravée du fait que les cameaux de chauffage sont strictement jumelés; en réglant un brûleur quelconque -'quel que soit d'ailleurs le mode de réglage adopté - on influe donc nécessairement sur le fonctionnement du brûleur jumeau ; si les corrections de réglage, qui doivent être apportées à un certain brûleur particulièrement défavorisé, sont très importantes, il se peut même que l'on se trouve pratiquement dans l'impossibilité de les corriger complètement, sous peine d'ob- tenir pour le brûleur jumeau un fonctionnement tout à.fait inaccep. table.
L'invention objet du présent brevet obvie à ces incon- vénients par deux moyens ; chacun de ces deux moyens caractérise un aspect de l'invention et peut, à ce titre, être employé séparé- ment, mais il est précisa que la plénitude des effets recherchés n'est obtenue que par la combinaison des moyens en question. e premier de ces moyens consiste dans un tracé particu-
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lier des carneaux et des joints de dilatation aménagés dans la partie intermédiaire, ce tracé étant caractérisé par le fait que les joints verticaux de dilatation ne rencontrent jamais que des carneaux affectés à un même fluide.
Le deuxième moyen consiste à ménager à la partie supé- rieure du laboratoire et pour chaque piédroit un canal faisant com- muniquer entre eux, à leur sommet, tous les carneaux verticaux d'un même piédroit de façon à réaliser un équilibre de pression à ce niveau.
En outre de ces deux caractères essentiels (qu'ils soient considérés individuellement ou en combinaison) l'invention comporte d'autres caractères plus ou moins secondaires qui découlent de la des cription ci-après donnée à titre d'exemple de réalisation de l'invention.
Un four conforme à l'invention est représenté sur les figures 3, 4, 5 et 6.
La figure 3 est une coupe verticale par un plan WV' perpendiculaire au plan médian des chambres..
La figure 4 est une coupe verticale suivant les plans décrochés VV'.
La figure 5 est un agrandissement détaillé du rectangle a, b, c, d, découpé dans la figure 3, et montrant plus spéciale- ment le tracé des joints de dilatation.
La figure 6 est une vue en plan (coupe par le plan ZZ').
Sur les figures 3 et 4 on voit le tracé du canal d'équi- libre (5) ; ce canal est divisé en sections par des registres ver- ticaux (6) lesquels peuvent être mis en place ou retirés suivant que l'on désire mettre en équilibre un nombre plus ou moins grand de couples de carneaux chauffants (7 - 7'). Sur la figure 4 on a représenté un registre d'isolement (6) pour deux couples de car- neaux chauffants ; cettedivision n'a rien d'obligatoire ; on peut par exemple, admettre des groupes d'un petit nombre de carneaux, aux deux extrémités des piédroits et des groupes plus importants
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dans la partie centrale.
Les registres (6) permettent, si on le juge utile, de réaliser une obstruction partielle en utilisant des registres percés d'un orifice calibr.'-. Suivant les nécessités du réglage on disposera d'un jeu de registres présentant des orifi- ces variés et l'on déterminera, expérimentalement, dans chaque cas, les orifices réalisant les meilleurs réglages.
A titre de variante, les registres calibrés (6) peuvent être mis en place et scellés au moment de la construction à con- dition que, par des essais préliminaires effectués sur un type de four identique, l'on connaisse la loi de répartition des orifices.
Ainsi qu'il a été dit, dans l'exposé des principes, le canal d'équilibre (5) doit permettre le réglage individuel, de cha- que carneau chauffant ;à cet effet, l'orifice (8) par lequel le çarneau chauffant (7 - 7') débouche dans le canal d'équilibre (5) est muni d'un registre horizontal mobile (11 - 11') qui permet de créer une perte de charge plus ou moins grande, la communication entre deux carneaux jumeaux (7 - 7') étant par ailleurs librement assurée par l'orifice (2).
Pour comprendre la disposition des carneaux de sous-sole et des joints de dilatation dans la partie intermédiaire, on se reportera aux fig. 5 et 6.
Ainsi qu'on le sait, dans les fours de ce genre, les cloisons qui séparent les chambres de régénérateurs sont habituel- lement de deux sortes : les unes (9) de construction relativement légère séparent entre elles deux chambres telles que A et G ou A' et G' appelées à recevoir l'une de l'air et l'autre du gaz (pauvre) au cours d'une période donnée ; autres (10) sont de construc- tion plus robuste et surtout plus soignée au point de vue de l'étanehéité et séparent deux chambres telles que G et A' ou G' et A, dont l'une reçoit du gaz (ou de l'air) tandis que l'autre reçoit des fumées.
Les cloisons les plus importantes (10) sont placées, suivant l'usage, à l'aplomb des piédroits ; on estime en effet que
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la charge de la superstructure (laboratoire et chapeau) est pres- que exclusivement répercutée sur les piédroits. Dans un four con- forme à l'invention on profite de cette double circonstance (lar- geur des cloisons (10) et emplacement dans l'aplomb du piédroit) pour ménager, à la partie supérieure et dans le prolongement de ces cloisons, une série de canaux verticaux (12 - 12') débouchant alternativement dans les chambres A' et G ou A et G' comme repré- senté sur les figures 5 et 6.
Il est visible sur la figure 5 que les carneaux (12 - 12') ainsi tracés à l'aplomb des murs (10), ne rencontrent pas les joints de dilatation (13 13'); au contraire, les carneaux tels que (14 - 14') (15 - 15') sont rencontrés par eux ; naturel- lement toutes les précautions usuelles doivent être prises pour que les joints se ferment à la mise en route des fours et pour qu' il'ne résulte de cette rencontre aucune fuite importante mais de telles précautions ne peuvent avoir qu'une efficacité limitée; tout inconvénient est cependant évité dans la construction conforme à l'invention. Le caractère essentiel de cette construction consis. te en ce qu'un même joint de dilatation (13 - 13') ne rencontre, sur toute la longueur du piédroit, que des carneaux conduisant le même fluide.
Pour s'en rendre compte on considérera sur les fi- gures 5 et 6 les joints successifs à partir de la gauche. Le pre- mier joint ne rencontre que des carneaux (15) c'est-à-dire des carneaux conduisant du gaz pauvre aux brûleurs ; le deuxième ne rencontre que des carneaux d'air, le troisième et le quatrième que des carneaux de fumée et ainsi de suite. Naturellement à l'in- vention suivante les fonctions des,carneaux (14) sont échangées avec celles des carneaux (14') et celles des carneaux (15) avec celles des carneaux (15'); mais la règle essentielle de non ren- contre avec des carneaux conduisant des fluides différents est maintenue.
On conçoit que, dans ces conditions, une légère fuite provenant de'la fermeture imparfaite d'un joint de dilatation n'occasionne aucune difficulté de réglage et ceci d'autant moins
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que le canal d'équilibre dont il a été question précédemment per- met de désolidariser les réglages individuels des brûleurs.
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The invention @ present patent relates to various improvements @ coke compound ovens, twin flue, heat regeneration, in which the regenerators extend below the carbonization chambers parallel to them and over their entire length.
The purpose of these improvements is to obviate various drawbacks encountered in the operation of furnaces of this type constructed according to the usual technique, to improve the precision of the combustion adjustment and thus to achieve a significant saving in heating.
Before approaching the description of the devices which constitute the embodiment of the invention, it is necessary to put
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highlight the drawbacks and defects inherent in the usual technique, currently in the public domain.
For this purpose, reference is made to Figures 1 and 2 which schematically represent a battery of such furnaces: Figure 1 being a section through a vertical plane perpendicular to the median planes of the carbonization chambers and Figure 2 a section through the vertical planes unhooked VV '.
In order to simplify the language, in what follows, the horizontal planes XX ', YY', UU ', TT' are considered and the part between the planes X and Y is designated by "hat"; by "laboratory" the part between planes Y and 2; by "intermediate part" the part between the Z and U planes; and by "regeneration" the part between the U and T planes.
The plane TT 'represents the "seating surface" of the ovens.
If we consider the furnaces, heated with lean gas, at a given time, the regenerator chambers marked A, G, A ', G', A, G, ... etc, as in the figure, are respectively traversed : AAA chambers by an ascending current of air during heating, GGG chambers by an ascending current of gas during heating, Chambers A ', G', A ', G' by a descending stream of fumes in cooling course (releasing their heat to the stacks),
Combustion in the successive twin flues then takes place as shown by the flocks F and F ', which will be noted in fig.
1, the solid and dotted parts drawn, enclosing the uses, so as to show in solid lines the visible paths and in dotted lines the paths hidden by the crosses (1) separating two consecutive heating flues, which flues communicate two by two at their upper part by the passages (2). In this type of construction each pair of flues (the one rising, the other descending) is entirely separate.
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rée of the neighboring pair by a partition (3) continuous and presenting .. as no opening.
As we know, in the following invention all the gas movements are reversed.
These furnaces are provided, in the intermediate part, with channels (4) (4) .. (4 ') (4') serving for the supply of rich gas. In the case of operation with rich gas, the regenerators A and G heat, both the combustion air and the regenerators A 'and G' are traversed by the fumes, the arrival of rich gas is done through the channels (4) serving the heating flues of odd rows (from the left in figure 2).
At the following reversal, the movements are reversed and the rich gas arrives through the channels (4 ') to the flues of even rows.
In certain furnaces - of the type known under the name "underjet", that is to say feed from below - the rich gas supply channels, such as (4) and (4 '), are replaced by vertical channels crossing from bottom to top the main walls (9) separating the regenerators. This particular provision does not change anything essential to the observations which follow.
The drawbacks, recognized in use, of the classic elementary technique which has just been described are as follows:
In the first place, it is obvious that we cannot afford to build a battery of a certain number of ovens (twenty to twenty five for example) having a length of the order of twenty five to thirty meters without provide expansion joints, especially if these furnaces are constructed of silica materials, the total expansion of which can reach approximately 1.6% when the operating temperature is reached. 'In fact, thanks to expansion joints, each furnace must be able to take its expansion without encroaching on the domain of the neighboring furnace.
There is no difficulty in establishing such joints in the XY cap, while in the YZ laboratory the piers expand in thickness.
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like monoliths, at the expense of the width of the rooms; in the UT regeneration, the separating partitions expand in width each for its own account at the expense of the widths of the chambers; the delicate problem of establishing expansion joints therefore relates entirely to the intermediate part ZU. Moreover, it can be seen in FIG. 1 that any cut-out such as MN successively encounters various flues assigned to the circulation of different gaseous fluids: air, lean gas or fumes, possibly rich gas.
It follows that any expansion joint made in the intermediate part to compensate for the expansion of each furnace in the transverse direction (longitudinal of the whole of the battery) is a cause of leakage, premature combustion, local overheating. and deterioration of masonry. From the point of view of the economy of the heating one observes, sion an impossibility of the individual adjustment of the burners, at least a very great difficulty, because the leaks have an essentially irregular and individual character of a burner. another.
This adjustment difficulty is aggravated by the fact that the heating cams are strictly twinned; by adjusting any burner - regardless of the adjustment mode adopted - therefore necessarily influences the operation of the twin burner; if the adjustment corrections, which must be made to a certain particularly disadvantaged burner, are very important, it may even be practically impossible to correct them completely, on pain of obtaining twin burner operation completely unacceptable. table.
The invention which is the subject of the present patent obviates these drawbacks by two means; each of these two means characterizes an aspect of the invention and can, as such, be used separately, but it is specified that the fullness of the desired effects is obtained only by the combination of the means in question. The first of these means consists in a particular route
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connecting flues and expansion joints arranged in the intermediate part, this route being characterized by the fact that the vertical expansion joints never meet other than flues assigned to the same fluid.
The second means consists in providing in the upper part of the laboratory and for each pedestal a channel communicating with each other, at their top, all the vertical flues of the same pedestal so as to achieve a pressure equilibrium at this point. level.
In addition to these two essential characteristics (whether considered individually or in combination) the invention comprises other more or less secondary characteristics which result from the description below given by way of example of embodiment of the invention. invention.
An oven according to the invention is shown in Figures 3, 4, 5 and 6.
Figure 3 is a vertical section through a plane WV 'perpendicular to the median plane of the chambers.
Figure 4 is a vertical section along the cutaway planes VV '.
Figure 5 is a detailed enlargement of the rectangle a, b, c, d, cut out in Figure 3, and showing more specifically the outline of the expansion joints.
FIG. 6 is a plan view (section through the plane ZZ ').
In Figures 3 and 4 we see the outline of the equilibrium channel (5); this channel is divided into sections by vertical registers (6) which can be placed or removed depending on whether it is desired to balance a greater or lesser number of pairs of heating flues (7 - 7 '). FIG. 4 shows an isolation register (6) for two pairs of heating flanges; this division is not obligatory; one can for example, admit groups of a small number of flues, at both ends of the piers and larger groups
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in the central part.
The registers (6) allow, if deemed useful, to achieve a partial obstruction using registers pierced with a calibr .'- orifice. Depending on the requirements of the adjustment, a set of registers having various orifices will be available and the orifices providing the best adjustments will be determined experimentally in each case.
As a variant, the calibrated registers (6) can be put in place and sealed at the time of construction on condition that, by preliminary tests carried out on an identical type of furnace, the law of distribution of the orifices.
As has been said in the statement of principles, the equilibrium channel (5) must allow the individual adjustment of each heating flue; for this purpose, the orifice (8) through which the flue heater (7 - 7 ') opens into the equilibrium channel (5) is fitted with a movable horizontal register (11 - 11') which allows to create a more or less large pressure drop, the communication between two twin flues (7 - 7 ') being moreover freely provided by the orifice (2).
To understand the arrangement of the sub-sole flues and expansion joints in the intermediate part, refer to fig. 5 and 6.
As is known, in furnaces of this type, the partitions which separate the regenerator chambers are usually of two kinds: the ones (9) of relatively light construction separate between them two chambers such as A and G or A 'and G' called to receive one of the air and the other of the gas (lean) during a given period; others (10) are of a more robust construction and above all more careful from the point of view of etaneity and separate two chambers such as G and A 'or G' and A, one of which receives gas (or l 'air) while the other receives fumes.
The most important partitions (10) are placed, according to use, in line with the piers; it is in fact estimated that
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the load on the superstructure (laboratory and cap) is almost exclusively passed on to the piers. In an oven in accordance with the invention, advantage is taken of this double circumstance (width of the partitions (10) and location in line with the pedestal) to provide, at the upper part and in the extension of these partitions, a series of vertical channels (12 - 12 ') opening alternately into chambers A' and G or A and G 'as shown in Figures 5 and 6.
It is visible in FIG. 5 that the flues (12 - 12 ') thus traced directly above the walls (10), do not meet the expansion joints (13 13'); on the contrary, flues such as (14 - 14 ') (15 - 15') are encountered by them; of course, all the usual precautions must be taken so that the joints close when the furnaces are started up and so that no significant leaks result from this encounter, but such precautions can only be of limited effectiveness; any drawback is however avoided in the construction according to the invention. The essential character of this construction consis. te in that the same expansion joint (13 - 13 ') only encounters, over the entire length of the side wall, flues carrying the same fluid.
To realize this, we will consider in Figures 5 and 6 the successive joints from the left. The first seal only encounters flues (15), that is to say flues leading poor gas to the burners; the second only encounters air flues, the third and fourth only smoke flues and so on. Naturally in the following invention the functions of the flues (14) are exchanged with those of the flues (14 ') and those of the flues (15) with those of the flues (15'); but the essential rule of not meeting with flues carrying different fluids is maintained.
It will be understood that, under these conditions, a slight leak resulting from the imperfect closure of an expansion joint does not cause any difficulty in adjustment and this all the less.
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that the equilibrium channel which was discussed previously enables the individual burner settings to be separated.