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De façon générale, la présente invention est relative à des perfectionnements à la technique de la calcination de matiè- res contenant une matière combustible volatile. Elle est plus parti- culièrement applicable à la calcination de coke de pétrole dans .un four de type rotatif, mais elle n'est pas limitée à cette applica- tion, étant donné qu'on peut également l'appliquer à la calcination ou au chauffage de charbon ou d'autres substances contenant des ma- tières combustibles volatiles qui peuvent se dégager au cours du
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processus de chauffage ou de calcination, comme dans la production de coke à partir de charbon soit sous forme bitumineuse anthraci- teuse, soit sous une autre forme.
L'invention a pour objet - un procédé et un appareil servant à produire un coke calciné avec un rendement plus élevé et un prix de revient plus bas que précédemment; - un appareil et un procédé de chauffage de coke de pétrole, de charbon ou d'une matière similaire, dans la partie supé- rieure, ou section d'alimentation, du four rotatif, à une tempéra- ture qui n'est que légèrement inférieure à la température finale de calcination (par exemple, inférieure de 110 à 330 C environ Qu de 220 à 280 C environ à la température finale), tout en assurant la combustion des matières combustibles volatiles libérées dans cette section d'alimentation du four à ces températures, afin de facili-'' ter la calcination;
- de réaliser cette combustion des matières combusti- bles volatiles libérées en assurant une introduction contrôlée d'air.(ou d'un autre gaz contenant de l'oxygène) dans cette partie, du four dans des conditions telles qu'elles permettent de tirer parti de la chaleur disponible dans des matières volatiles de ce genre et d'améliorer ainsi le rendement thermique global du procé- dé objet de l'invention lors de la mise en oeuvre dans l'appareil correspondant conforme à l'invention;
- un four de calcination dont le diamètre de la sec- tion transversale augmente, progressivement ou section par section, à partir de l'extrémité inférieure ou de sortie du four jusqu'à l'extrémité supérieure ou d'alimentation de celui-ci, cette varia- tion de la section transversale correspondant au moins grossière- ment au volume des gaz libérés se trouvant dans les différentes sections ; en d'autres termes, les surfaces en section transversale
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des différentes sections sont approximativement proportionnelles au volume des gaz se trouvant respectivement dans les diverses sec- tions du four, une telle différence dans les surfaces en section transversale tenant compte du facteur calorifique y compris la com- bustion des gaz dégagés dans les diverses zones ;
- de contrôler la vitesse de déplacement des gaz à tra- vers le four jusqu'à l'extrémité supérieure, ou d'alimentation, de celui-ci ainsi que la vitesse d'évacuation ou de sortie des matiè- res du four, de manière à éviter l'entraînement des matières fines . introduites dans celui-ci, ce contrôle évitant la perte de ces ma- tières dans la section de l'épurateur, ou section de transition, que traversent les gaz, depuis l'extrémité supérieure ou d'alimen- tation du four jusqu'à la cheminée;
- de tirer parti des matières combustibles volatiles libérées dans les différentes zones du four et d'amener dans ces' zones des volumes d'air convenablement contrôlés afin d'assurer une combustion approximativement complète de ces matières, en vue d'utiliser la chaleur ain@@ produite pour calciner convenablement la matière de charge et de réduire la .teneur de ces matières en éléments combustibles volatiles à un minimum pratique ou optimum;
- d'augmenter le temps de séjour de la matière dans la section supérieure, ou d'alimentation, du four et de réaliser cet- te section supérieure de manière à obtenir ce temps de séjour plus long, en vue d'obtenir dans cette section du four, des proportions plus importantes de matières combustibles volatiles et d'améliorer par une combustion appropriée de ces matières, la calcination des matières de charge se trouvant dans cette zone.
Cette prolongation du temps de séjour pouvant être obtenue en donnant à l'extrémité supérieure, ou extrémité d'alimentation, du four, un diamètre plus grand que celui des sections suivantes du four à mesure qu'on se rapproche de l'extrémité de déchargement, la couche de matières ayant avec une telle construction une épaisseur plus grande dans
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l'extrémité supérieure du four, ce qui augmente ainsi le temps de séjour ;
- d'obtenir, dans l'extrémité supérieure du four, une couche de matières plus épaisse que la couche se trouvant dans les parties inférieures du four, et d'augmenter ainsi ,à la fois, le volume de matières retenues dans cette section supérieure et le temps de séjour des matières en cours de calcination dans l'extré- mité supérieure du four, ce qui augmente en outre la proportion de matières combustibles volatiles libérées, tout en améliorant la calcination; - des dispositifs servant à introduire de l'air a l'in- térieur d'un four rotatif, dispositifs qui ne sont pas facilement détruits par la chaleur et au moyen desquels l'introduction de l'air peut être contrôlée facilement et de manière efficace.
La demanderesse a constaté qu'un appareil efficace, qui est présentement préféré, est un four rotatif légèrement incliné, garni de briques réfractaires et dont l'extrémité supérieure, ou d'alimentation, présente un diamètre intérieur sensiblement supé- " rieur au diamètre intérieur de l'extrémité inférieure extrême, ou de-décharge des dispositifs, placés au voisinage de la partie infé- rieure de la section supérieure, servant à assurer une combustion sensiblement complète de toutes les matières combustibles volatiles libérées dans la section supérieure de plus grand diamètre.
Par exemple, dans un appareil donné, le diamètre intérieur de la section supérieure est d'environ 1,83 m., le diamètre intérieur des parties inférieures étant de l'ordre de 1,37 à 1,52 m, la section supérieu- re de cet appareil ayant une longueur comprise entre 10,67 et 12,19 et les sections inférieures ayant environ 18,3 à 19,8 m, soit, en d'autres termes, une longueur hors tout d'environ 30,50 mètres.
Dans ce mode de réalisation préféré de l'appareil objet de l'inven- tion, plusieurs dispositifs d'injection d'air ont été placés à la périphérie de l'extrémité inférieure de la section supérieure de grand diamètre, de manière qu'on puisse introduire de l'air sous
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pression (par exemple,.au moyen de ventilateurs) en quantités suf- fisantes pour alimenter la combustion des matières combustibles vo- latiles dégagées dans le lit résultant, dont l'épaisseur est beau- coup plus grande que celle des lits de calcination connus jusqu'ici.
La pente de l'axe géométrique du four est de l'ordre de 4,16 à 6,24 cm par mètre, une pente apparemment optimum étant d'environ 5,2 cm par mètre. En un point intermédiaire de la section inférieure, point qui peut marquer une nouvelle réduction du diamètre intérieur du four,(ce diamètre intérieur passant par exemple de 1,52 m à 1,37 m),; on peut utiliser des dispositifs additionnels d'injection d'air afin d'alimenter la combustion de matières combustibles volatiles additionnelles se dégageant dans une section moyenne du four.
Etant donné que, dans le procédé et en utilisant 1'appareil conformes à l'invention, la majeure partie de la chaleur requise.pour assurer une calcination appropriée est fcurnie par les matières combusti- bles-volatiles se dégageant des matières introduites dans le four, il suffit d'introduire une quantité relativement faible de combus- tible à l'extrémité de déchargement du four pour réaliser une cal- cination complète.
Avec une structure du genre décrit, les pressions pro- duites par la libération des matières combustibles volatiles et par leur combustion sont contrôlées par l'augmentation de capacité de la partie supérieure du four, augmentation due aux diamètres croissants de manière telle qu'on évite les pressions élevées, qui sont caractéristiques des fours de diamètre uniforme et qui communi- quent des vitesses élevées aux gaz depuis l'extrémité supérieure du four jusqu'à l'épurateur classique.
Dans ces conditions, on n'in- troduit, à l'extrémité inférieure ou extrémité de déchargement du four que la quantité de combustible suffisant à assurer une calci- nation complète et ce combustible brûle dans une zone où la pres- sion est égalisée, ou même négative, c'est-à-dire que tous ces gaz de combustion progressent à travers le four jusqu'à l'extrémité
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d'alimentation pour être introduits dans l'épurateur.
Par consé- quent, à l'extrémité inférieure du four, autour de la couronne a- vant, il se produit ordinairement une admission d'air automatique qui provient du tirage traversant l'extrémité supérieure du four, cette admission d'air servant remarquablement à refroidir cette couronne avant qu'on trouve de façon typique à l'extrémité inférieu- re de fours rotatifs de ce type général et dont le rôle est de maintenir en position le garnissage de briques du four. Malgré la combustion des matières combustibles volatiles, le grand diamètre donné de l'extrémité supérieure ou extrémité d'alimentation du four ainsi que le grand diamètre correspondant de la couronne arrière placée à cette extrémité, offrent une surface d'évacuation convena. ble pour les gaz ou réduisant ainsi leur pression et leur vitesse . à l'intérieur du four.
En donnant un diamètre optimum à la couronn arrière se trouvant à l'extrémité d'alimentation du four, on donné au four une grande capacité d'utilisation qui peut être portée à sa valeur maximum en augmentant la vitesse de rotation jusqu'à un maximum de fonctionnement pratique, ainsi qu'il apparaîtra aux sp.é- , cialistes de la technique de calcination utilisant des fours rota- tifs.
La diminution du diamètre du four à partir de l'extré- mité d'alimentation en direction de l'extrémité de déchargement permet de donner au four une forme conique qu'on a toutefois' réali- sée d'une manière appropriée et industrielle en vue d'obtenir des résultats optima en échelonnant les diamètres intérieurs de la ma- nière indiquée ci-avant.
En cours de fonctionnement, environ les deux tiers des matières combustibles volatiles se trouvent entraînés et brûlés dans l'extrémité supérieure de grande dimension du four précité, et l'on a constaté que, en particulier lorsqu'on opère avec du co- ke de pétrole, les températures de calcination peuvent, dans la partie inférieure du four, s'élever jusqu'au moins 1204 C et, de
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préférence jusqu'à environ 1370 C (ou encore entre 1343 C et 1427 C), afin d'obtenir un coke de bonne qualité dont la teneur en matières combustibles volatiles est inférieure à 1 %, ainsi qu' il est imposé commercialement au charbon calciné de bonne qualité pour la plupart des utilisations.
Ainsi, lorsqu'on opère à environ 1095 C pendant une période de temps plus longue, on ne parvient pas à éliminer autant qu'on le désire les Ratières combustibles volatiles. En brûlant les matières combustibles volatiles dégagées et en tirant ainsi partie de la chaleur produite, la quantité de combustible qui doit être introduite à l'extrémité inférieure du four est réduite d'au moins 50 o par rapport au fonctionnement or- dinaire et, par suite de ce facteur et du rendement plus élevé, le prix de revient du produit calciné est réduit de plus de 25 %. Le temps de passage d'une partie donnée de la matière introduite dans le four peut varier d'environ 30 minutes à environ 1 heure suivant la longueur du four, son inclinaison, la vitesse de rotation et.
celle du chargement, ainsi qu'il est exposé ci-après. Il est égale- ment possible, par un réglage approprié de l'air et une addition appropriée de combustible à l'extrémité de déchargement, d'attein- dre jusqu'à une température d'environ 1650 C ou une température similaire, si on désire obtenir du coke à l'état de graphite ou de réaliser un autre effet qu'on obtient à des températures élevées.
En outre, on a conçu dans l'invention un nouvel agence- ment de dispositifs d'alimentation, par exemple un dispositif en forme de manche, qui traverse la paroi du four pour déboucher à l'intérieur de la section d'alimentation à une distance apprécia- ble en dessous de la couronne arrière, de manière que la surface de la section transversale à l'endroit de la couronne arrière de- meure dégagée, à la différence de la position classique des dispo- sitifs d'alimentation qui traversent la couronne arrière et ob- struent partiellement celle-ci., ce qui augmente la vitesse des gaz sortant de l'appareil.
En supprimant un dispositif traversant la
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couronne arrière et en utilisant une section d'alimentation de plus grand diamètre, les vitesses des gaz sont réduites à une valeur op- timum et l'on élimine notablement les pertes de fines qui, autre- ment, seraient amenées à l'épurateur.
En outre, même si le diamètre intérieur du four ne diminue pas de façon progressive ou n'est pas réduit d'autre manière à partir de son extrémité d'alimentation vers son extrémité de déchargement, la vitesse des gaz provenant de l'extrémité d'alimentation ést considérablement réduite, du fait qu'on a ainsi supprimé le dispositif d'alimentation usuel traversant la couronne arrière pour pénétrer dans la section d'alimentation à l'introduction d'air sous pression en vue d'alimenter convenable- ment la combustion, de la inanière décrite. Si la couronne arrière verticale usuelle est supprimée, on diminue encore plus la vitesse des gaz à l'extrémité de déchargement.
Ainsi, la présente inven- tion assure d'importants avantages grâce à ces deux caractéristiques: qui consistent, l'une,à amener de l'air sous pression et, l'autre, à éliminer un dispositif d'alimentation du type qui traverse la cou- ronne arrière et constitue un obstacle à l'évacuation des gaz, ces avantages subsistant même dans le cas où la surface de la section transversale à l'extrémité de déchargement n'est pas inférieure à celle de l'extrémité d'alimentation.
Divers autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront aux spécialistes s'ils se réfèrent au dessin annexé ainsi qu'à la description, donnée ci-après à titre non li- mitatif de la portée de l'invention, qui expose des modes de fonc- tionnement et un matériel préféré ayant donné de bons résultats.
Sur ce dessin : la figure 1 est une vue en élévation latérale d'un four rotatif allongé comportant les nouvelles caractéristiques de la présente invention; la figure 2 est, à plus grande échelle-, une coupe transversale de la section supérieure du four représenté sur la
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figure 1, cette coupe étant faite par 2-2 de la figure 1; les figures 3 et 4 sont des vues en élévation de dé- tails montrant deux agencements au moyen desquels des jets d'air amenant de l'air sous pression à l'intérieur du four peuvent être' décalés les uns par rapport aux autres, de manière à prolonger l'in- troduction de l'air sur une distance appréciable de la longueur du four;
la figure 5 représente schématiquement un four conique qu'on pourrait utiliser dans certaines circonstances à la place du mode de réalisation.en gradins qui constitue présentement le mode de réalisation préféré de l'appareil objet de l'invention; la figure 6 est, à plus grande échelle.une,coupe de détail longitudinale avec arrachement partiel de la section supé- rieure et d'une partie de la section intermédiaire du four,repré- senté sur la figure 1; la figure 7 est, à plus grande échelle, une coupe de détail transversale prise par 7-7 de la figure 6 représentant en élévation d'agencement des manches d'alimentation qui alimentent la première section, ou section d'alimentation, du four et qui sont espacées les unes des autres, à une distance appropriée,le long du fourra partir de l'extrémité supérieure ou de la couronne arrière;
la figure 8 est, à une échelle correspondante, une cou- pe transversale similaire prise par 8-8 de la f.igure 6 et montrant l'agencement du ventilateur et du collecteur d'air annulaire au moyen duquel de l'air sous pression est introduit par différents ajutages afin d'assurer la combustion complète des matières volati- les se dégageant à l'intérieur de la section supérieure, ou sec- tion d'alimentation, du four (ou d'une autre section correspondan- te du four); la figure 9 est une vue en coupe de détail prise par 9-9 de la figure 8, montrant comment les ajutages d'air sont, de préférence, amenés dans l'intérieur du four sur le côté intérieur du collecteur d'air annulaire.
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Sur le dessin, le four allongé conforme à l'invention est, de façon générale, désigné par 10 et il est constitué surtout par plusieurs sections de diamètres intérieurs différents, dont chacune comporte une enveloppe extérieure 12 et un garnissage ap- proprié de briques réfractaires 14, ou un autre garnissage réfrac- taire approprié, comme indiqué en particulier sur les figures 2, 6 et 7.
Les diverses sections du four comprennent : une section d'alimentation supérieure 15 de plus grand diamètre et de longueur appréciable ; une section de raccordement conique 16 relativement très courte ; une section intermédiaire 17 qui, comme on le voit clairement sur la figure 6, a un diamètre interne inférieur au dia- mètre interne de la section 15; enfin, une section terminale infé- rieure 18 dont le diamètre interne est encore plus petit que le dia. mètre interne de la section intermédiaire 17. Il est commode d'ob- tenir cette dernière réduction du diamètre intérieur en augmentant l'épaisseur du garnissage réfractaire 14 de la section 18. De cet- te manière, en donnant à ces deux sections 17 et 18 la forme repré- sentée, on peut utiliser une enveloppe extérieure 12 ayant le même diamètre.
A l'extrémité supérieure du four, le garnissage de bri- ques réfractaires 14, ou autre garnissage réfractaire , est réalisé de manière à constituer une couronne arrière 20 qui peut servir à retenir l'extrémité supérieure de la couche de matière et à aider à déterminer l'épaisseur du lit C de matière en cours de calcina- tion. La hauteur de cette couronne arrière 20, mesurée à partir de la surface intérieure du garnissage réfractaire adjacent 14 et au voisinage de l'extrémité supérieure du lit de matière, peut être comprise entre environ 152 et 229 mm, dans le cas où le diamètre intérieur de la section supérieure du four est d'environ 1,83 mè- tres.
Cette réduction globale du diamètre intérieur à l'endroit de la couronne arrière, réduction qui est comprise entre environ 305 et 457 mm, est tout à fait acceptable dans ce mode de réalisation dans lequel la surface de l'ouverture de déchargement résultante
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pour les gaz n'est en aucune manière obstruée par le dispositif d'alimentation du four, et dans lequel le diamètre interne de la section inférieure 18 du four est approximativement égal ou infé- rieur à celui de la couronne arrière 20, et est de l'ordre de 1,37 à 1,52 mètres.
A l'extrémité inférieure du four, la couronne avant ne s'étend pas radialement au-delà de la surface intérieure du gar" nissage réfractaire adjacent 14 et, parconséquent, elle est forcé, ment limitée par l'extrémité inférieure de ce garnissage ou encore par un rebord 22 prévu sur l'extrémité de l'enveloppe 12,comme re- présenté ou encore comme dans les réalisations classiques.
Le four 10 est supporté par plusieurs éléments de sup- port 25 répartis sur sa longueur, par l'intermédiaire de paires correspondantes de galets de support 26 qui peuvent être réalisés de la manière classique ou bien comme indiqué sur la figure 2, qui peuvent porter des bandages 28 classiques montés sur l'enveloppe 12 comme dans les réalisations classiques. Le four 10 est entraîné en rotation par l'intermédiaire d'une couronne dentée ordinaire 30 montée sur l'enveloppe 12, comme on peut le voir sur la figure 1, 1'entraînement étant assuré par l'intermédiaire d'un moteur appro- prié quelconque 32 et d'un dispositif réducteur de vitesse désigné, de façon générale,par 33, cet ensemble comprenant les roues à chai- ne, les chaînes d'entraînement et les pignons droits qui peuvent être nécessaires conformément aux pratiques bien connues.
Comme illustré, une paroi avant classique 35, disposée à l'extrémité in- férieure du four, comporte des regards et des trous similaires, et cette paroi est traversée par un brûleur classique 36 servant à chauffer l'extrémité inférieure extrême du four à l'aide de gaz naturel ou d'un combustible équivalent. La paroi avant 35 est éga- lement représentée comme supportant une goulotte de déchargement 37 alimentant un dispositif transporteur de refroidissement appro- prié 38 qui évacue la matière calcinée sur un dispositif quelcon- que, une courroie transporteuse 39 par exemple, jusqu'à un lieu
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d'emmagasinage ou qui la déplace d'une autre manière suivant les conditions imposées.
A l'extrémité supérieure du four est placé le dispositif usuel 40,appelé épurateur, qui reçoit les produits gazeux de la combustion pendant qu'ils sont évacués du four, et dans lequel les fines qui seraient entraînées par les gaz évacués et qui ne sont pas brûlées peuvent se déposer. Dans les fours clas- siques,une quantité considérable de fines ainsi déposées s'accumu- le dans l'épurateur 40 mais, avec l'appareil conforme à l'invention, la quantité de fines qui se dépose est presque négligeable. La par- tie supérieure de l'épurateur débouche, à son tour, dans une chemi- née classique 42, de la partie supérieure de laquelle les produits résiduels de la combustion s'échappent de la manière usuelle.
Outre la réduction du diamètre interne des parties in- férieures du four à une dimension quelque peu inférieure à celle du diamètre intérieur de la section d'alimentation supérieure 15 du four, d'importantes caractéristiques de la présente invention résident dans l'utilisation de manches 45 utilisées comme disposi- tifs d'alimentation en matière première à un emplacement intermé- diaire de la paroi de la section supérieure 15, ainsi que dans l'utilisation de dispositifs désignés, de façon générale,par 46, et servant à amener de l'air sous pression dans le four, en des emplacements tels qu'ils soient les mieux adaptés à un fonctionne- ment optimum, comme représenté sur les figures 1 et. 6. Les manches 45 sont disposées extérieurement sur les parois du four, comme in- diqué clairement sur la figure 7.
On assure leur alimentation en les faisant plonger dans une quantité de matière d'alimentation M contenue dans une trémie 47 située en dessous du four à l'endroit où les manches sont montées sur celui-ci, comme représenté sur les figures 1, 6 et 7, cette itrémie 47 étant alimentée,. par exemple par une courroie 48 de transporteur sans fin (figure 7). Le nombre des manches est celui qui convient nécessairement pour amener la quan- tité désirée de matière de charge dans le four 10 ; a constaté
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qu'en utilisant trois manches de ce genre ayant des dimensions et des capacités indiquées,on obtenait des résultats satisfaisants à toutes les vitesses de rotation pour lesquelles ce type de four est transversale réalisé.
Il est commode de donner à chaque manche 45 une section / rectangulaire à son extrémité extérieure de prélèvement, cette for- me étant assurée par des parois latérales 50,qui sont parallèles, par une paroi extérieure 52,qui est sensiblement parallèle à la tangente au point adjacent de raccordement d'une tubulure courbe étranglée 54 avec l'enveloppe 12, et une paroi intérieure 55, qui s'oriente vers l'intérieur légèrement en direction du four et par rapport à la paroi 52, cette paroi intérieure 55 étant fixée en 56 à l'enveloppe 12. Il est commode de donner à ces parois, 50, 52 et 55 une forme plate, comme représenté.
L'extrémité extérieure de la paroi intérieure 55 sert au montage d'un axe de pivotement 57 d'un volet. de fermeture 58, actionné de préférence par gravité par l'in- termédiaire d'un contrepoids 60 qui sert à équilibrer ce volet et à le fermer lorsque, au cours de sa rotation, la manche 45 correspon- dante atteint un niveau élevé approprié qui se trouve à peu de dis- tance du niveau indiqué à la partie supérieure de la figure 7.
Toutefois, le volet 58 de chaque manche peut être actionné par un dispositif mécanique approprié, et non par gravité,si on le désire.
Chaque tubulure étranglée 54 fait,un coude sensiblement," à angle droit, de sorte qu'elle amène la matière dans le four dans une direction sensiblement radiale par l'intermédiaire d'un orifi- ce de déchargement correspondant 62 formé dans l'enveloppe 12 et dans le revêtement réfractaire 14. Cette tubulure 54 est fixée de façon'appropriée à l'enveloppe 12, par des boulons, des rivets ou par soudage, et elle peut communiquer avec un prolongement'effica- ce 54a (figure 7) pouvant servir de garnissage pour au moins une partie de la matière réfractaire 14 à l'endroit de l'orifice 62.
On monte un dispositif approprié quelconque entre l'extrémité exté- rieure de la tubulure étranglée 54 et les extrémités adjacentes
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des parois 50, 52 et 55 constituant la partie de la manche par où s'effectue le prélèvement de matière, afin de réaliser un joint 64 en cet endroit. Ce joint peut comporter des rivets, des boulons ou des soudures, suivant la solution qui rend ce joint le plus effica- ce.
Au cours du fonctionnement de chacune des manches 45, son volet de fermeture 58 s'ouvre par gravité lorsqu'il s'approche de la position représentée sur la gauche de la figure 7. Les bords avant des parois 50 et 52 plongent dans la matière d'alimentation M se trouvant dans la trémie 47. A mesure que cette manche qui joue ici le rôle d'une écope se rapproche de la position représentée à la partie inférieure de la figure 7, la tubulure 54 et son prolon- gement 54a se remplissent de matière C en cours de calcination qui est brassée dans le four et qui prend un angle d'éboulement d'envi- ron 35 ou 40 degrés, comme indiqué sur la firure 7. Bien entendu, la matière d'alimentation froide M recueillie par l'écope rencontre rapidement la matière C en cours de calcination.
Pendant que l'écope inférieure 45 continue à se dépla- cer en direction de la position représentée à la partie supérieure de la figure 7, la matière C en cours de calcination se trouvant à l'intérieur du prolongement 54a commence à sortir de l'écope par gravité dès que l'orifice 62 atteint le bord supérieur du lit de matière C, lit qui, bien entendu, se trouve à un niveau quelque peu élevé sur le côté correspondant par suite du mouvement de rotation du four. Après l'évacuation de la matière chaude C, la matière froi. de M commence alors à sortir par l'extrémité inférieure de la sec- tion principale de l'écope constituée par les parois 50, 52 et 55 et à pénétrer dans la tubulure courbe 54, d'où elle est déversée par l'orifice 62, dans le four sur le lit de matière alors soumis à un processus d'agitation et de calcination.
L'angle formé entre la paroi extérieure 52 et la paroi inférieure 55 de l'écope est faible, de telle sorte que la matière froide M n'a pas tendance à
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s'accumuler à l'extrémité inférieure de la section principale de l'écope au cours de son passage par la tubulure courbe 54. On dé- termine au mieux la direction à donner à la paroi extérieure 52 de l'écope en vue d'obtenir la chute de la matière froide M dans le four aussi rapidement que possible après le passage du bord supé- rieur de la masse de matière C en cours de calcination.
Comme indi- qué précédemment, la paroi extérieure 52 est approximativement paral lèle à la tangente au point médian de fixation à l'enveloppe 12 à l'endroit où se trouve l'orifice 62 correspondant,. ou bien encore l'axe géométrique de.l'écope peut être sensiblement parallèle à cette tangente, de sorte que la paroi 52 suive une direction qui ne s'écarte que légèrement vers l'extérieur par rapport.à cette tangente. En d'autres termes, la paroi extérieure 52, ou l'axe géométrique de l'écope 45, sont sensiblement perpendiculaires au rayon passant par le point médian de fixation de la tubulure cour- be 54. Cette disposition assure un bon'déchargement de la matière froide l'il dans le four par l'intermédiaire de cette tubulure.
Cet- te dernière, qui peut être constituée par une pièce moulée en a- inoxydable a, du fait qu'elle comporte des côtés opposés pa- rallèles, une section transversale qui est en tous points sensible- ment rectangulaire de manière à correspondre, de façon générale, à la section transversale de la partie inférieure de la section principale extérieure de l'écope, ce qui fait que la matière qui lui parvient de cette section extérieure y passe librement et est déchargée facilement dans.le four.
On détermine au mieux la posi- tion de la paroi intérieure 55 de l'écope par rapport à l'angle d'éboulement de la matière de charge de manière à laisser à cette matière un temps suffisant pour qu'elle tombe dans le four avant que l'angle d'éboulement de la matière qui se trouve dans la partie extérieure de l'écope d'alimentation soit atteint, tout en permet- tant en même temps un remplissage approprié de l'écope au cours de son passage par la trémie 47. De plus, pour,des réglages différents des conditions de fonctionnement (par exemple,des vitesses de ro-
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tation différentes ou des angles d'éboulèrent différents de matiè- res de charge différentes), les parois intérieure et extérieure de l'écope peuvent être placées, soit plus près, soit. plus, loin de l'enveloppe du four,pour tenir compte:
des différentes conditions précitées. Les variations indiquées de la position des écopes sont illustrées par les positions différentes des trois écopes représen- tées sur la figure 7.
En disposant les écopes 45 vers le bas le long du four à une distance appropriée de la couronne arrière 20, ainsi qu'on va l'exposer ci-après, les écopes servent à constituer un lit de matière C en cours de calcination ayant une hauteur appropriée, comme indiqué approximativement sur la figure 6.
Pour une dimen- sion et un nombre donnés des écopes, la profondeur du lit est dé- terminée par la vitesse de rotation du four et par la quantité de matière introduite dans la trémie 47. Conformément à des modes mise en oeuvre de l'invention présentement préférés, on peut ainsi faire varier l'épaisseur du lit de matière C de manière que sa sur- face puisse se trouver en un point quelconque entre la partie infé- rieure de la couronne arrière 20 (comme on le voit en bas et à droite de la figure 6) et la partie supérieure voisine correspondant te de cette couronne et de Manière que cette matière ne soit jamais évacuée en passant à travers la couronne arrière 20 au cours de la rotation du four.
Toutefois, si l'on n'utilise pas cette couronne, ou si le volume de la matière introduite dans le four doit être ré- duit comme lorsqu'on utilise une matière d'alimentation excessive- ment volatile, l'extrémité supérieure du lit peut se terminer bien en dessous de l'emplacement de la partie inférieure de la couronne arrière 20, et même à un niveau aussi bas par rapport au four que les points de déchargement des écopes d'alimentation 45.
Bien entendu, la profondeur du lit est la plus grande à l'endroit qui constitue la zone de plus grand diamètre de la sec- tion 15 du four et qui se trouve au point de jonction avec la sec-
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tion conique 16. En pratique réelle, on peut faire varier la profon- deur du lit d'environ 25 cm à environ 36 ou 38 cm, dans une section du four dont le diamètre intérieur est d'environ 1,8 m dans la sec- tion supérieure 15, ce diamètre se réduisant jusqu'à un diamètre intérieur d'environ 1,50 mètres à l'extrémité de sortie de la sec- tion conique 16, lorsque la section 15 a une longueur comprise en- tre environ 9,14 m et environ 10,67 m et que les écopes 45 sont placées à environ 3 m en aval de la couronne arrière 20, alors que l'inclinaison du four correspond à une pente de l'ordre de 5,2 cm par mètre,
inclinaison qu'on estime présentement comme étant opti- mum..
Dans ces conditions, sur-une longueur d'environ 3 m à partir de la couronne arrière jusqu'aux écopes, avec une inclinai- son du four d'environ 5,2 cm par mètre, l'épaisseur accrue du lit sera d'environ 15 cm à l'endroit où se trouvent les écopes et leurs orifices 62, la profondeur totale du lit, en cet emplacement, pou- vant être augmentée d'une quantité correspondant à la hauteur, le long de la face intérieure de la couronne arrière 20, comme le com- prendra l'ingénieur chargé de la conduite du four.
Dans un autre mode d'exécution du four d'une longueur d'environ 6 m en utilisant, comme représenté, des sections coniques, l'épaisseur du lit augmen- tera de façon correspondante, la correction s'étant bien entendu effectuée automatiquement par la pente du lit de la matière en cours de calcination elle-même, au cours de 'son déplacement dans le four pendant son brassage. Ainsi, dans les conditions et pour, .).. les dimensions indiquées, l'épaisseur ou profondeur maximum du lit au point de jonction des sections 15 et 16 du four peut être d'en- viron 38 cm.
Dans tous les cas, cette relation, lorsque le diamètre intérieur à l'extrémité de sortie de la section conique 16 est no- tablement inférieur au diamètre intérieur du corps de la section supérieure 15, assure rigoureusement une épaisseur de lit plus grande, un volume de .matière plus important et un temps de séjour
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plus long dans la partie supérieure du four pour la matière'en cours de calcination. Ainsi, on obtient dans la section 15 des con- ditions optima et un temps de séjour tels.que, dans cette zone, on peut réaliser une volatilisation optimum des matières volatiles contenues dans la matière d'alimentation. En utilisant les valeurs numériques données ci-avant, on peut effectuer facilement les cal- culs correspondant à une autre installation quelconque en vue d'ob- tenir les mêmes résultats.
L'autre caractéristique particulièrement importante ci- avant mentionnée de l'invention réside dans le fait que des quan- tités d'air contrôlées rigoureusement sont introduites de préféren- ce sous pression, de manière à réaliser une combustion complète.
De préférence, on dispose plusieurs des dispositifs d'alimentation en air 46 précédemment mentionnés, le long du four en des points situés en dessous de la partie supérieure 15, qui est celle de plus grand diamètre, et de la section conique 16. Ces dispositifs sont commandés de telle manière qu'ils fournissent une quantité corres- pondante d'air secondaire servant à assurer une combustion sensi- blement complète des matières combustibles volatiles dégagées dans les sections supérieures successives du four. Grâce à cette combus- tion, ces matières volatiles servent à fournir une proportion im- portante de la chaleur nécessaire à la calcination requise des ma- tières carbonées introduites dans le four.
Dans une installation donnant des résultats satisfaisants, un des dispositifs 46 d'ali- mentation en air est disposé à l'extrémité supérieure de la 'section intermédiaire 17 et juste en dessous de la section conique 16, de sorte qu'une quantité correspondante d'air est introduite dans la section supérieure 15 de manière à assurer une combustion complète des matières volatiles dégagées dans le lit profond maintenu dans les sections 15 et 16. Un autre de ces dispositifs 46 d'alimenta- tion en air est disposé au voisinage du point de jonction de la section intermédiaire 17 du four et de la section inférieure 18.
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Comme illustré, les jets d'air pénètrent jusque dans l'extrémité inférieure extrême de la section intermédiaire 17. Ces dispositifs d'alimentation en air peuvent être disposés autrement de la maniè:re qui convient le mieux pour assurer la combustion complète des ma- tières en cours de volatilisation dans le four et pour fournir une chaleur correspondante pour la calcination complète de la matière introduite dans l'extrémité supérieure du four. A l'extrémité infé- rieure du four, on peut utiliser le brûleur 36 pour fournir le co.m- bustible nécessaire ainsi que l'air nécessaire à la calcination dans la section inférieure 18.
Chacun des dispositifs 48 d'alimentation en air com- prend un ventilateur 70, actionné par un moteur électrique appro- prié 72 et un collecteur d'air 74, annulaire, disposé autour de la partie correspondante du four 10 et fixé à celui-ci, ce collecteur ayant ainsi la forme d'une couronne ou anneau creux qui est alimen- té en air sous pression à partir du ventilateur 70 par une canalisa. tion d'alimentation 75. A partir de chaque collecteur 74, s'éten- dent plusieurs ajutages d'air 76 dont les extrémités sont tournées vers l'intérieur en direction du four, comme représenté plus en détail sur la figure 9, ces extrémités étant fixées de façon ap- propriée à la paroi du four ou à l'enveloppe intérieure 12, par exemple par soudage, au moyen de boulons ou d'autre manière.
Ces parties tournées vers'l'intérieur communiquent avec des orifices d'admission d'air 77, par exemple par l'intermédiaire de raccords 78 d'ajutage'd'air disposés dans la matière de garnissage réfrac- taire 14 et fixés à la paroi intérieure de l'enveloppe 12, comme illustré sur la figure 9. De préférence, les ajutages 76 sont o- rientés vers le bas le long du four à partir du collecteur annulai- re 74, de manière à éviter plus facilement que la matière C en, cours de calcination se loge dans les orifices 77. Toutefois, les jets d'air servent parfaitement à maintenir les orifices 77 dégagés..
Si nécessaire, chacun des .ajutages 76 peut comporter un autre dis-
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positif, tel qu'un obturateur réglable 79 (figures 6 et 9) servant à régulariser l'écoulement de l'air par les ajutages 76, ou bien on peut régulariser le volume d'air total à l'endroit du ventila- teur lui-même, ou d'une autre manière qui apparaîtra aux techni- ciens, afin d'amener cet air, de façon appropriée, en quantité suf- fisante au combustible volatil libéré dans le four.
Afin de fournir de l'énergie électrique au moteur 72, on peut monter une bague de contact appropriée 80 (figure 1) au- tour du four 10 en l'isolant électriquement de celui-ci, cette ba- gue étant reliée au moteur 72 et recevant son énergie par l'inter- médiaire d'un balai fixe 82 porté par l'un des montants 25 suppor- tant le four.
Dans les cas où il peut sembler nécessaire, ou dési- rable, de répartir le long du four l'air introduit, au lieu de l'injecter en des zones espacées les unes des autres, comme illus- tré sur les figures 1 et 6, on peut disposer les ajutages 76 ainsi que le collecteur d'air sur les figures 3 et 4, de manière qu'on puisse faire varier les points d'introduction des ajutages 76 dans l'intérieur du four, par exemple, en disposant les orifices d'ad- mission 77 à des positions décalées les unes par rapport aux autres, ou disposées suivant une hélice, ou encore en adoptant toute autre répartition longitudinale appropriée. Comme on le voit sur la figu- re 3, on donne aux conduits d'air ou ajutages 76 partant du collec- teur 74, des longueurs progressives, et on peut augmenter leur dia- mètre; comme représenté, afin d'éviter des pertes de charge par friction.
Dans le mode d'exécution représenté sur la figure 4, un collecteur 74a est disposé en hélice, ce qui fait que les ajutages 76 ont une longueur et un diamètre sensiblement uniformes.
Bien qu'on ait représenté la section inférieure 18 du four comme ajoutée à la section intermédiaire 17 de manière à constituer une section terminale dont le diamètre interne est in- férieur à celui de la section 17, il peut être suffisant, dans cer- tains cas, de donner aux sections 17 et 18 un diamètre interne uni- forme. De même, bien qu'on ait représenté la réduction du diamètre
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intérieur de la section 18 comme étant réalisée uniquement par une augmentation de l'épaisseur du garnissage réfractaire 14, on pour- rait réaliser cette réduction apportée à l'appareil en utilisant une autre section conique, similaire à la section 16 entre les sec- tions 17 et 18, ainsi qu'il apparaîtra également aux techniciens.
En ce qui concerne la réduction progressive du diamè- tre intérieur du four depuis l'extrémité supérieure d'alimentation jusqu'à l'extrémité inférieure de déchargement, on peut obtenir ce résultat en donnant une forme conique continue à l'enveloppe exté- rieure 12, ainsi qu'au garnissage intérieur en briques ou autre matière réfractaire, comme indiqué sur la figure 6. Cette disposi- tion augmente également le diamètre du four à mesure que le volume des gaz et des matières combustibles augmente.
Au cours de la rotation du four 10, les écopes 45 pré- lèvent de la matière d'alimentation M de la trémie 47 et la dé- chargent par les orifices 62, dans le four, afin de maintenir l'é- paisseur du lit de matière C en cours de calcination, comme précé- demment décrit. Ce lit plus épais assure un temps de séjour plus long dans la section 15 de plus grande dimension du four, de sorte qu'une plus grande quantité de matières volatiles peut être dégagée.
Une combustion appropriée de la matière volatile est assurée par l'air qui est projeté dans le four par les ajutages 76 et les rac- cords 78 et qui sont alimentés par le collecteur annulaire 74 (ou le collecteur hélicoïdal 74a) qui est raccordé au ventilateur 70 par le onduit d'air 75 du dispositif 46 d'alimentation en air dis- posé à l'extrémité supérieure de la section intermédiaire 17 et juste en dessous de l'extrémité de plus petit;diamètre de la sec- tion conique 16.
De cette manière, des quantités convenablement contrôlées d'air sous pression sont amenées dàns les sections 15 et 16 afin de brûler de façon appropriée les matières volatiles et de fournir de la chaleur pour la calcination qui doit se produire dans cette section, ainsi que pour libérer d'autres matières vola-
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tiles provenant des matières introduites dans le four.
Du fait que les écopes d'alimentation sont placées à une distance appréciable le long du four, à partir de la couronne arrière 20, comme précédemment décrit et, par suite de la combus- tion sensiblement complète des matières volatiles dégagées, la par- tie supérieure du four située au-dessus des écopes d'alimentation 45 a tendance'à se refroidir, ce qui réduit la vitesse linéaire des produits de combustion du four en ce point-et permet aux particu- les solides qui pourraient avoir été entraînées par le courant ga- zeux de quitter celui-ci par gravité.
Ces particules solides retour- nent ainsi au lit mobile et, après une calcination appropriée, sont finalement déchargées en même temps que le produit. Ainsi,. la partie supérieure du four située au-dessus des écopes d'alimentation se comporte comme un collecteur de poussières ou un collecteur de fi- nes.
En ce qui concerne l'envoi dans le four de la matière M par les écopes 45, la disposition relative des organes décrite ci-avant, y compris celle des volets de fermeture'58, est telle que chaque volet de fermeture se ferme à un certain moment pour éviter, soit l'introduction d'air par l'écope, soit la perte de gaz à chaud qui sortirait par l'écope correspondante, conformé- ment aux pressions de gaz régnant dans le four. Une entrée d'une quantité appréciable d'air en ce point pourrait avoir tendance à élever la température par suite d'une combustion plus poussée, au point d'endommager la matière constituant les écopes.
Ainsi qu'on l'a indiqué précédemment, lorsque l'axe géométrique de l'écope est dirigé sensiblement verticalement vers le haut, le déchargement de la matière dans cette écope commence et, à mesure que. l'écope con- tinue à tourner, peut-être sur encore 10 à 20 , ses matières se déposent en passant par la tubulure étranglée 54 et sont progressi- vement déchargées. On règle le volet de fermeture 58 de manière qu'il se ferme à peu près au moment où chaque écope s'est déplacée de 15 à 20 à partir de sa position verticale, et avant que tou-
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te la matière traitée ait été déchargée, de manière à empêcher le passage de l'air ou des gaz précédemment mentionné à travers l'é- cope après le déchargement complet de la matière de charge du four.
On a précédemment décrit l'obtention de l'épaisseur que doit avoir le lit de matière C en cours de calcination, cette épaisseur étant régularisée par la rotation du four et la vitesse d'alimentation de la matière froide M dans la trémie 47, comme mentionné précé- demment et étant limitée par le diamètre'intérieur de la couronne arrière placée à l'extrémité.d'alimentation du four. Afin de main- tenir, à l'extrémité d'alimentation du four, une ouverture parfai- tement appropriée à l'échappement des produits de combustion, il est très désirable que'le diamètre intérieur de la couronne arriè- re 20 ne soit pas inférieur au diamètre intérieur de la plus peti- te section du four, ni inférieur au diamètre intérieur de la cou- ronne avant placée à l'extrémité de décharge du four.
Etant donné qu'il n'existe aucune obstruction à l'extrémité supérieure ou d'a- limentation, du four, du fait que les écopes d'alimentation 45 sont espacées les unes des autres le long du four, un tel diamètre, intérieur minimum de la couronne arrière laisse encore un espace de déchargement correspondant, bien que, pour certaines opérations, il puisse être désirable que le diamètre intérieur de la couronne arrière soit un peu plus grand, tout en permettant encore une cer- taine augmentation de l'épaisseur du lit en cours de calcination au-delà de l'épaisseur qu'aurait ce lit si l'on supprimait cette couronne arrière.
Bien entendu, on comprend qu'on peut supprimer la couronne arrière 20, en comptant sur la répartition des écopes d'alimentation 45 le long du-four pour assurer l'épaisseur maximum désirée du lit sans pertes en matières de charge par-dessus l'ex- trémité adjacente du four. De plus, étant donné que, comme décrit, on utilise une alimentation périphérique au moyen de l'écope 45, et que l'extrémité d'alimentation ouverte du four n'est pas obstruée par un dispositif d'alimentation classique pénétrant dans celle-ci,
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mais qu'elle est ouverte et libre, ce qui réduit la vitesse des gaz, on peut obtenir un grand nombre des avantages de l'injection d'air sous pression destinée, comme décrit, à assurer la combustion,
sans diminuer progressivement le diamètre intérieur du four à par- tir d'un grand diamètre à l'extrémité d'alimentation jusqu'à un petit diamètre à l'extrémité de déchargement et, comme-décrit ci- avant, sans qu'il soit nécessaire que le diamètre intérieur de la couronne arrière soit supérieur à celui de la couronne frontale.
C'est pourquoi les diamètres de ces couronnes peuvent être égaux.
En outre, le diamètre intérieur du four peut être-uniforme d'un bout à l'autre de celui-ci, et ce four peut donner d'excellents ré- sultats, au moins lorsqu'on utilise certaines matières de charge.
Dans un cas d'espèce, dans un four de section coni- que, dont la longueur totale est d'environ 30,5 mètres, la section d'alimentation 15 de plus grand diamètre a une longueur d'environ 10,36 mètres et un diamètre intérieur d'environ.1,83 mètre, la sec- tion conique 16 a une longueur d'environ 1,83 mètre et son diamè- tre intérieur est réduit à environ 1,52 m, l'inclinaison générale du four est de 5,2 cm par mètre, les écopes 45 sont espacées d'en- viron 3 mètres le long du four à partir de l'extrémité d'alimenta- tion et le diamètre intérieur de la couronne arrière 20 est com- pris entre 1,37 et 1,52 m et celui de la couronne avant est de 1,37 m ;
obtient aisément pour un débit d'alimentation variant de 272.150 kg à 362.870 kg par jour de coke de pétrole contenant environ 10 à 12 % de matières combustibles volatiles, des taux de production de l'ordre de 204.100 à 272.150 kg par jour, de coke calciné contenant moins de 1 % de matières combustibles volatiles, les vitesses de rotation du four étant d'environ de 2 à 5 tours par minute. A l'extrémité de déchargement du four et au voisinage de la paroi avant 35, les gaz atteignent une pression négative.
En introduisant de l'air au moyen du dispositif 46, la consomma- tion de combustible est réduite d'au moins 50 pour cent.
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Comme indiqué ci-avant, on peut calculer l'espace- ment des écopes d'alimentation 45 le long du four à partir de l'ex- trémité d'alimentation en divisant l'épaisseur qu'on désire donner au lit à l'endroit où se trouve l'écope par la pente moyenne et, si l'on utilise la couronne arrière 20, en déduisant du résultat obtenu l'accroissement de hauteur du lit provenant de cette couron" ne arrière.
On remarquera :qu'on peut utiliser autant de collec- teurs d'air 74 et de groupes d'ajutages 76, ou de dispositifs équi- valents servant à amener du fluide sous pression, et disposés sur la longueur du four, qu'il en faut pour n'importe quelle alimenta- tion particulière. Lorsque, pour une alimentation donné.e et en vue d'obtenir certains résultats désirés, on doit utiliser du com- bustible additionnel, on peut introduire du combustible, par exem- ple, par du gaz ou de l'huile combustibles, en plus de l'air ou, dans certains cas, à la place de celui-ci. Ainsi, 1'appareille! le procédé objet de l'invention peuvent être adaptés au traitement de différentes sortes de matières.
Par exemple, on pourrait effec- tuer de cette manière la carbonisation du charbon à basse tempéra- ture ; on peut traiter des schistes bitumeux dans un appareil de ce genre. Dans ces derniers cas, les éléments volatils récupérables seraient retirés des gaz de cheminée à titre de sous-produits de l'opération.
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In general, the present invention relates to improvements in the technique of calcining materials containing a volatile combustible material. It is more particularly applicable to the calcination of petroleum coke in a rotary type furnace, but it is not limited to this application, since it can also be applied to the calcination or to the kiln. heating of coal or other substances containing volatile combustible materials which may be released during heating.
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heating or calcining process, as in the production of coke from coal either in anthracite bituminous form or in some other form.
The invention relates to - a method and an apparatus for producing calcined coke with a higher yield and a lower cost price than before; - an apparatus and method for heating petroleum coke, coal or the like, in the upper part, or feed section, of the rotary kiln, to a temperature which is only slightly lower than the final calcination temperature (for example, lower from 110 to 330 C approximately Qu from 220 to 280 C approximately at the final temperature), while ensuring the combustion of the volatile combustible materials released in this feed section of the furnace to these temperatures, in order to facilitate calcination;
- to carry out this combustion of the volatile combustible materials released by ensuring a controlled introduction of air (or of another gas containing oxygen) into this part of the furnace under conditions such as to allow firing using the heat available in volatile materials of this type and thus improving the overall thermal efficiency of the process which is the subject of the invention when used in the corresponding apparatus according to the invention;
- a calcining furnace the diameter of the cross section of which increases, progressively or section by section, from the lower end or outlet of the furnace to the upper end or the feed end thereof, this variation of the cross-section corresponding at least roughly to the volume of the gases liberated in the different sections; in other words, the cross-sectional areas
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different sections are approximately proportional to the volume of the gases respectively in the various sections of the furnace, such a difference in the cross-sectional areas taking into account the calorific factor including the combustion of the gases given off in the various zones;
- to control the speed of movement of the gases through the furnace to the upper end, or of supply thereof, as well as the speed of evacuation or exit of the materials from the furnace, so as to avoid the entrainment of fine materials. introduced into it, this control avoiding the loss of these materials in the section of the scrubber, or transition section, through which the gases pass, from the upper end or the supply end of the furnace to the fireplace;
- to take advantage of the volatile combustible materials released in the different zones of the furnace and to bring in these zones properly controlled volumes of air in order to ensure an approximately complete combustion of these materials, in order to use the heat in this way. produced to properly calcine the feed material and reduce the content of such volatile fuel element material to a practical or optimum minimum;
- to increase the residence time of the material in the upper section, or feed, of the furnace and to achieve this upper section so as to obtain this longer residence time, with a view to obtaining in this section of the furnace, greater proportions of volatile combustible materials and to improve, by appropriate combustion of these materials, the calcination of the feed materials in this zone.
This prolongation of the residence time can be obtained by making the upper end, or feed end, of the furnace, a diameter larger than that of the following sections of the furnace as one approaches the unloading end. , the layer of materials having with such a construction a greater thickness in
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the upper end of the oven, thereby increasing the residence time;
- obtain, in the upper end of the furnace, a layer of material thicker than the layer located in the lower parts of the furnace, and thus increase, at the same time, the volume of material retained in this upper section and the residence time of the materials being calcined in the upper end of the furnace, which further increases the proportion of volatile combustible materials liberated while improving the calcination; - devices for introducing air into the interior of a rotary kiln, devices which are not easily destroyed by heat and by means of which the introduction of air can be controlled easily and in a manner effective.
The Applicant has found that an efficient apparatus, which is presently preferred, is a slightly inclined rotary kiln lined with refractory bricks and the upper end, or feed end of which, has an internal diameter substantially greater than the internal diameter. of the extreme lower end, or de-discharge devices, placed in the vicinity of the lower part of the upper section, serving to ensure substantially complete combustion of all volatile combustible materials released in the upper section of larger diameter .
For example, in a given apparatus, the internal diameter of the upper section is approximately 1.83 m., The internal diameter of the lower parts being of the order of 1.37 to 1.52 m, the upper section re of this device having a length between 10.67 and 12.19 and the lower sections having approximately 18.3 to 19.8 m, that is, in other words, an overall length of approximately 30.50 meters .
In this preferred embodiment of the apparatus of the invention, several air injection devices have been placed at the periphery of the lower end of the large diameter upper section, so that can introduce air under
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pressure (for example, by means of fans) in sufficient quantities to feed the combustion of the volatile combustible materials given off in the resulting bed, the thickness of which is much greater than that of previously known calcination beds. 'here.
The slope of the geometric axis of the furnace is of the order of 4.16 to 6.24 cm per meter, an apparently optimum slope being approximately 5.2 cm per meter. At an intermediate point of the lower section, a point which may mark a further reduction in the internal diameter of the furnace, (this internal diameter passing for example from 1.52 m to 1.37 m); Additional air injection devices can be used to feed the combustion of additional volatile combustible materials released in a middle section of the furnace.
Since, in the process and using the apparatus according to the invention, most of the heat required to ensure proper calcination is supplied by the combustible-volatile materials evolving from the materials introduced into the furnace. , it suffices to introduce a relatively small quantity of fuel at the discharge end of the furnace to achieve complete calcination.
With a structure of the kind described, the pressures produced by the release of volatile combustible materials and their combustion are controlled by the increase in capacity of the upper part of the furnace, an increase due to the increasing diameters in such a way that one avoids high pressures, which are characteristic of furnaces of uniform diameter and impart high velocities to the gases from the upper end of the furnace to the conventional scrubber.
Under these conditions, only the quantity of fuel sufficient to ensure complete calcination is introduced at the lower end or unloading end of the furnace, and this fuel burns in a zone where the pressure is equalized, or even negative, that is to say that all these combustion gases progress through the furnace to the end
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feed to be introduced into the scrubber.
Consequently, at the lower end of the furnace, around the front crown, there is usually an automatic intake of air which comes from the draft passing through the upper end of the furnace, this air intake serving remarkably well. in cooling this crown before typically found at the lower end of rotary kilns of this general type and whose role is to hold the brick lining of the kiln in position. Despite the combustion of volatile combustible materials, the large diameter given of the upper end or feed end of the furnace as well as the corresponding large diameter of the rear crown placed at this end, provide a suitable evacuation surface. ble for gases or thereby reducing their pressure and speed. inside the oven.
By giving an optimum diameter to the rear crown located at the feed end of the furnace, the furnace is given a great capacity of use which can be brought to its maximum value by increasing the speed of rotation to a maximum of practical operation, as will be apparent to those skilled in the art of calcination using rotary kilns.
The reduction in the diameter of the furnace from the feed end towards the discharge end allows the furnace to be given a conical shape which has, however, been produced in a suitable and industrial manner in in order to obtain optimum results by scaling the internal diameters as indicated above.
In operation, about two-thirds of the volatile combustible material is entrained and burnt in the large upper end of the aforementioned furnace, and it has been found that, particularly when operating with carbon dioxide, petroleum, the calcination temperatures in the lower part of the furnace can reach at least 1204 C and,
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preferably up to about 1370 C (or alternatively between 1343 C and 1427 C), in order to obtain a good quality coke with a volatile fuel content of less than 1%, as is required commercially on calcined coal good quality for most uses.
Thus, when operating at about 1095 ° C for a longer period of time, the volatile combustible dobbies cannot be removed as much as desired. By burning the volatile combustible materials given off and thus taking advantage of the heat produced, the quantity of fuel which has to be introduced at the lower end of the furnace is reduced by at least 50 o compared with ordinary operation and, by As a result of this factor and the higher yield, the cost price of the calcined product is reduced by more than 25%. The passage time of a given part of the material introduced into the furnace may vary from about 30 minutes to about 1 hour depending on the length of the furnace, its inclination, the speed of rotation and.
that of the load, as explained below. It is also possible, by proper control of the air and a suitable addition of fuel at the unloading end, to reach a temperature of about 1650 C or similar, if one desire to obtain coke in the state of graphite or to achieve some other effect which is obtained at high temperatures.
Further, in the invention there has been devised a new arrangement of feed devices, for example a handle-shaped device, which passes through the wall of the furnace to emerge inside the feed section at a. appreciable distance below the rear crown, so that the cross-sectional area at the location of the rear crown remains unobstructed, unlike the conventional position of feeders which pass through the rear crown and partially obstruct it, which increases the speed of the gases leaving the device.
By removing a device crossing the
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rear crown and by using a larger diameter feed section the gas velocities are reduced to an optimum and the losses of fines which would otherwise be fed to the scrubber are significantly eliminated.
Further, even if the inside diameter of the furnace does not gradually decrease or is otherwise reduced from its supply end to its discharge end, the velocity of the gases from the end d The feed is considerably reduced, since the usual feed device passing through the rear crown to enter the feed section on the introduction of pressurized air has thus been eliminated. combustion, of the inanial described. If the usual vertical rear crown is omitted, the gas velocity at the unloading end is further reduced.
Thus, the present invention provides important advantages by virtue of these two characteristics: which consist, one, in supplying air under pressure and, the other, in eliminating a feed device of the type which passes through. the rear crown and constitutes an obstacle to the evacuation of gases, these advantages remaining even in the case where the cross-sectional area at the unloading end is not less than that of the supply end .
Various other characteristics and advantages of the invention will become apparent to those skilled in the art if they refer to the accompanying drawing as well as to the description, given below without limitation of the scope of the invention, which sets out modes of operation and preferred equipment having given good results.
In this drawing: Figure 1 is a side elevational view of an elongated rotary kiln incorporating the novel features of the present invention; Figure 2 is, on a larger scale, a cross section of the upper section of the furnace shown in
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Figure 1, this section being taken by 2-2 of Figure 1; Figures 3 and 4 are detail elevational views showing two arrangements by means of which air jets supplying pressurized air into the interior of the furnace can be offset from each other, so as to extend the introduction of air over an appreciable distance of the length of the furnace;
FIG. 5 schematically shows a conical furnace which could be used in certain circumstances instead of the stepped embodiment which presently constitutes the preferred embodiment of the apparatus which is the subject of the invention; Figure 6 is, on a larger scale, a longitudinal sectional detail with partial cutaway of the upper section and part of the intermediate section of the oven, shown in Figure 1; Fig. 7 is, on a larger scale, a cross sectional detail taken at 7-7 of Fig. 6 showing in elevational arrangement of the feed sleeves which feed the first section, or feed section, of the furnace and which are spaced apart from each other at an appropriate distance along the crust from the top end or rear crown;
Figure 8 is, to a corresponding scale, a similar cross section taken at 8-8 of Figure 6 and showing the arrangement of the fan and the annular air manifold by means of which pressurized air is introduced through various nozzles in order to ensure complete combustion of the volatile matter given off inside the upper section, or feed section, of the furnace (or other corresponding section of the furnace ); Fig. 9 is a detailed sectional view taken at 9-9 of Fig. 8, showing how the air nozzles are preferably supplied into the interior of the furnace on the interior side of the annular air manifold.
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In the drawing, the elongated furnace in accordance with the invention is generally designated by 10 and it is formed above all by several sections of different internal diameters, each of which comprises an outer casing 12 and a suitable lining of refractory bricks. 14, or other suitable refractory lining, as shown in particular in Figures 2, 6 and 7.
The various sections of the furnace include: an upper feed section 15 of larger diameter and of appreciable length; a relatively very short conical connection section 16; an intermediate section 17 which, as can be seen clearly in FIG. 6, has an internal diameter smaller than the internal diameter of section 15; finally, a lower end section 18 whose internal diameter is even smaller than the dia. internal meter of the intermediate section 17. It is convenient to obtain this last reduction of the internal diameter by increasing the thickness of the refractory lining 14 of the section 18. In this way, giving these two sections 17 and In the form shown, an outer shell 12 of the same diameter can be used.
At the upper end of the furnace, the refractory brick lining 14, or other refractory lining, is made to form a rear crown 20 which can serve to retain the upper end of the layer of material and to assist in determine the thickness of the bed C of material being calcined. The height of this rear ring 20, measured from the interior surface of the adjacent refractory lining 14 and in the vicinity of the upper end of the bed of material, may be between approximately 152 and 229 mm, in the case where the internal diameter of the upper section of the oven is approximately 1.83 meters.
This overall reduction in the internal diameter at the location of the rear crown, which is between about 305 and 457 mm, is quite acceptable in this embodiment in which the surface of the resulting discharge opening
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for gases is in no way obstructed by the furnace feed device, and wherein the internal diameter of the lower section 18 of the furnace is approximately equal to or less than that of the rear ring 20, and is the order of 1.37 to 1.52 meters.
At the lower end of the furnace, the front crown does not extend radially beyond the inner surface of the adjacent refractory lining 14 and, therefore, it is forced, ment limited by the lower end of this lining or again by a rim 22 provided on the end of the casing 12, as shown or else as in conventional embodiments.
The oven 10 is supported by several support elements 25 distributed over its length, by means of corresponding pairs of support rollers 26 which may be produced in the conventional manner or alternatively as shown in FIG. 2, which may support conventional bandages 28 mounted on the casing 12 as in conventional embodiments. The furnace 10 is rotated by means of an ordinary ring gear 30 mounted on the casing 12, as can be seen in FIG. 1, the drive being provided by means of an appropriate motor. required 32 and a speed reducing device referred to generally as 33, this assembly including chain wheels, drive chains and spur gears which may be required in accordance with well known practice.
As illustrated, a conventional front wall 35, disposed at the lower end of the furnace, has similar manholes and holes, and this wall is traversed by a conventional burner 36 for heating the extreme lower end of the furnace. using natural gas or an equivalent fuel. The front wall 35 is also shown as supporting an unloading chute 37 feeding a suitable cooling conveyor device 38 which discharges the calcined material onto any device, a conveyor belt 39 for example, to a location.
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of storage or which moves it in another way according to the imposed conditions.
At the upper end of the furnace is placed the usual device 40, called a purifier, which receives the gaseous products of combustion while they are discharged from the furnace, and in which the fines which would be entrained by the evacuated gases and which are not not burnt can settle. In conventional ovens a considerable amount of fines thus deposited accumulates in the scrubber 40 but, with the apparatus according to the invention, the amount of fines which is deposited is almost negligible. The upper part of the scrubber opens, in turn, into a conventional chimney 42, from the upper part of which the residual products of combustion escape in the usual manner.
Besides reducing the internal diameter of the lower parts of the furnace to a dimension somewhat smaller than the internal diameter of the upper feed section of the furnace, important features of the present invention lie in the use of handles. 45 used as raw material feed devices to an intermediate location of the wall of the upper section 15, as well as in the use of devices designated, generally, 46, and for supplying material. pressurized air into the furnace at such locations as to be best suited for optimum operation, as shown in Figures 1 and. 6. The handles 45 are disposed on the outside of the walls of the oven, as clearly shown in figure 7.
Their feed is ensured by immersing them in a quantity of feed material M contained in a hopper 47 located below the furnace at the place where the sleeves are mounted thereon, as shown in Figures 1, 6 and 7, this itremia 47 being fed ,. for example by an endless conveyor belt 48 (Figure 7). The number of handles is that which is necessarily suitable to supply the desired amount of filler material into the furnace 10; has noted
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that by using three handles of this type having dimensions and capacities indicated, satisfactory results were obtained at all the speeds of rotation for which this type of furnace is transverse produced.
It is convenient to give each handle 45 a rectangular section at its outer sampling end, this shape being provided by side walls 50, which are parallel, by an outer wall 52, which is substantially parallel to the tangent to the line. adjacent point of connection of a curved constricted tubing 54 with the casing 12, and an inner wall 55, which orients inwardly slightly in the direction of the oven and with respect to the wall 52, this inner wall 55 being fixed at 56 to the casing 12. It is convenient to give these walls, 50, 52 and 55 a flat shape, as shown.
The outer end of the inner wall 55 is used for mounting a pivot pin 57 of a shutter. closure 58, preferably actuated by gravity by means of a counterweight 60 which serves to balance this flap and to close it when, during its rotation, the corresponding handle 45 reaches an appropriate high level which is located a short distance from the level shown at the top of Figure 7.
However, the flap 58 of each handle can be operated by an appropriate mechanical device, and not by gravity, if desired.
Each constricted tubing 54 makes a substantially "right-angled" bend so that it feeds material into the furnace in a substantially radial direction through a corresponding discharge port 62 formed in the casing. 12 and in the refractory lining 14. This tubing 54 is suitably attached to the casing 12, by bolts, rivets or by welding, and it can communicate with an effective extension 54a (FIG. 7) which can serve as a lining for at least part of the refractory material 14 at the location of the orifice 62.
Some suitable device is mounted between the outer end of the constricted tubing 54 and the adjacent ends.
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walls 50, 52 and 55 constituting the part of the sleeve through which the material is taken off, in order to produce a seal 64 at this location. This joint may include rivets, bolts or welds, depending on the solution which makes this joint the most effective.
During the operation of each of the sleeves 45, its closing flap 58 opens by gravity when it approaches the position shown on the left of Figure 7. The front edges of the walls 50 and 52 immerse in the material. feed M located in the hopper 47. As this sleeve which here acts as a scoop approaches the position shown in the lower part of FIG. 7, the pipe 54 and its extension 54a are fill with calcining material C which is stirred in the furnace and which assumes a landslide angle of about 35 or 40 degrees, as shown in Figure 7. Of course, the cold feed material M collected through the scoop quickly encounters the material C during calcination.
As the lower scoop 45 continues to move toward the position shown at the top of Fig. 7, the calcining material C within the extension 54a begins to exit the scoop. scoop by gravity as soon as the orifice 62 reaches the upper edge of the bed of material C, which bed, of course, is at a somewhat high level on the corresponding side as a result of the rotational movement of the furnace. After evacuation of the hot material C, the material cools. of M then begins to exit through the lower end of the main section of the scoop formed by the walls 50, 52 and 55 and to penetrate into the curved pipe 54, from where it is discharged through the orifice 62 , in the oven on the bed of material then subjected to a process of stirring and calcination.
The angle formed between the outer wall 52 and the lower wall 55 of the scoop is small, so that the cold material M does not tend to
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accumulate at the lower end of the main section of the scoop during its passage through the curved tubing 54. The direction to be given to the outer wall 52 of the scoop is best determined with a view to to obtain the fall of the cold material M in the furnace as quickly as possible after the passage of the upper edge of the mass of material C during calcination.
As indicated above, the outer wall 52 is approximately parallel to the tangent to the midpoint of attachment to the casing 12 where the corresponding orifice 62 is located. or else the geometrical axis of the scoop may be substantially parallel to this tangent, so that the wall 52 follows a direction which deviates only slightly outwards with respect to this tangent. In other words, the outer wall 52, or the geometric axis of the scoop 45, are substantially perpendicular to the radius passing through the midpoint of attachment of the curved tube 54. This arrangement ensures good unloading of the tube. the cold material is placed in the oven through this tubing.
The latter, which may be a stainless steel molded part, has, because it has opposite sides parallel, a cross section which is at all points substantially rectangular so as to correspond, generally, to the cross section of the lower part of the outer main section of the scoop, so that the material which reaches it from this outer section passes freely therein and is easily discharged into the furnace.
The position of the inner wall 55 of the scoop is best determined with respect to the angle of flow of the charge material so as to leave this material sufficient time to fall into the furnace before that the angle of fall of the material in the outer part of the feed scoop is achieved, while at the same time allowing an appropriate filling of the scoop as it passes through the hopper 47. In addition, for different settings of the operating conditions (for example, travel speeds
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different conditions or different collapsed angles of different load materials), the inner and outer walls of the scoop can be placed either closer or. more, away from the oven casing, to take into account:
of the various aforementioned conditions. The variations indicated in the position of the scoops are illustrated by the different positions of the three scoops shown in figure 7.
By arranging the scoops 45 downward along the furnace at an appropriate distance from the rear crown 20, as will be discussed below, the scoops serve to form a bed of calcining material C having a appropriate height, as shown approximately in Figure 6.
For a given size and number of scoops, the depth of the bed is determined by the speed of rotation of the furnace and by the quantity of material introduced into the hopper 47. According to embodiments of the invention presently preferred, it is thus possible to vary the thickness of the material bed C so that its surface can lie at any point between the lower part of the rear crown 20 (as seen below and above). on the right of FIG. 6) and the corresponding upper part of this ring and in such a way that this material is never evacuated by passing through the rear ring 20 during the rotation of the furnace.
However, if this crown is not used, or if the volume of material fed to the furnace must be reduced as when excessively volatile feed material is used, the upper end of the bed can terminate well below the location of the lower portion of the rear crown 20, and even as low to the furnace as the unloading points of the feed scoops 45.
Of course, the depth of the bed is greatest at the point which constitutes the area of greatest diameter of the section 15 of the furnace and which is at the point of junction with the section.
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conical tion 16. In actual practice, the depth of the bed can be varied from about 25 cm to about 36 or 38 cm, in a section of the furnace having an internal diameter of about 1.8 m in the dry. - upper section 15, this diameter being reduced to an internal diameter of about 1.50 meters at the outlet end of the conical section 16, when the section 15 has a length of between about 9, 14 m and approximately 10.67 m and that the scoops 45 are placed approximately 3 m downstream from the rear crown 20, while the inclination of the furnace corresponds to a slope of the order of 5.2 cm per meter,
inclination which is currently estimated to be optimum.
Under these conditions, over a length of about 3 m from the rear crown to the scoops, with an inclination of the furnace of about 5.2 cm per meter, the increased thickness of the bed will be approximately 15 cm where the scoops and their orifices 62 are located, the total depth of the bed, at this location, can be increased by an amount corresponding to the height, along the inner face of the crown rear 20, as will be understood by the engineer in charge of operating the furnace.
In another embodiment of the furnace with a length of about 6 m using, as shown, conical sections, the thickness of the bed will correspondingly increase, the correction having of course being effected automatically by the slope of the bed of the calcining material itself, as it moves through the furnace while it is being stirred. Thus, under the conditions and for the dimensions indicated, the maximum thickness or depth of the bed at the junction point of the sections 15 and 16 of the furnace may be about 38 cm.
In any case, this relationship, when the inner diameter at the outlet end of the conical section 16 is significantly smaller than the inner diameter of the body of the upper section 15, rigorously ensures a greater bed thickness, volume. more material and a residence time
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longer in the upper part of the furnace for the material being calcined. Thus, in section 15, optimum conditions and residence time are obtained such that in this zone optimum volatilization of the volatiles contained in the feed material can be achieved. By using the numerical values given above, one can easily carry out the calculations corresponding to any other installation with a view to obtaining the same results.
The other above-mentioned particularly important characteristic of the invention resides in the fact that strictly controlled quantities of air are introduced preferably under pressure, so as to achieve complete combustion.
Preferably, several of the aforementioned air supply devices 46 are disposed along the furnace at points located below the upper part 15, which is the one of larger diameter, and the conical section 16. These devices are controlled in such a way that they supply a corresponding quantity of secondary air to ensure substantially complete combustion of the volatile combustible materials given off in successive upper sections of the furnace. Through this combustion, these volatiles serve to provide a significant proportion of the heat required for the required calcination of the carbonaceous materials introduced into the furnace.
In an installation giving satisfactory results, one of the air supply devices 46 is disposed at the upper end of the intermediate section 17 and just below the conical section 16, so that a corresponding amount of air is introduced into the upper section 15 so as to ensure complete combustion of the volatiles given off in the deep bed maintained in sections 15 and 16. Another such air supply device 46 is disposed in the vicinity of the air supply. junction point of the intermediate section 17 of the furnace and the lower section 18.
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As illustrated, the air jets penetrate into the extreme lower end of the intermediate section 17. These air supply devices may be otherwise arranged in the manner best suited to ensure complete combustion of the materials. elements being volatilized in the furnace and to provide a corresponding heat for the complete calcination of the material introduced into the upper end of the furnace. At the lower end of the furnace, the burner 36 can be used to provide the necessary fuel as well as the air required for calcination in the lower section 18.
Each of the air supply devices 48 comprises a fan 70, actuated by a suitable electric motor 72 and an air manifold 74, annular, disposed around the corresponding part of the furnace 10 and attached thereto. , this manifold thus having the form of a crown or hollow ring which is supplied with pressurized air from the fan 70 by a duct. supply connection 75. From each manifold 74 extend several air nozzles 76, the ends of which face inwardly towards the furnace, as shown in more detail in Figure 9, these ends being suitably attached to the wall of the furnace or to the inner shell 12, for example by welding, bolts or otherwise.
These inwardly facing portions communicate with air intake ports 77, for example through air nozzle fittings 78 disposed in the refractory packing material 14 and secured to the pipe. inner wall of casing 12, as illustrated in figure 9. Preferably, nozzles 76 are oriented downwardly along the furnace from annulus manifold 74, so as to more easily avoid material C in the course of calcination becomes lodged in the orifices 77. However, the air jets serve perfectly to keep the orifices 77 clear.
If necessary, each of the nozzles 76 may include a further
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positive, such as an adjustable shutter 79 (Figures 6 and 9) serving to regulate the air flow through the nozzles 76, or the total air volume at the location of the fan can be regulated. itself, or in another manner which will be apparent to technicians, in order to supply this air, in an appropriate manner, in sufficient quantity to the volatile fuel released in the furnace.
In order to supply electrical energy to the motor 72, a suitable contact ring 80 (figure 1) can be mounted around the furnace 10, electrically insulating it therefrom, this ring being connected to the motor 72. and receiving its energy via a fixed brush 82 carried by one of the uprights 25 supporting the oven.
In cases where it may seem necessary, or desirable, to distribute the introduced air along the furnace, instead of injecting it into zones spaced apart from each other, as shown in figures 1 and 6 , it is possible to arrange the nozzles 76 as well as the air manifold in FIGS. 3 and 4, so that the points of introduction of the nozzles 76 into the interior of the oven can be varied, for example, by arranging the intake orifices 77 at positions offset from one another, or arranged in a helix, or even by adopting any other suitable longitudinal distribution. As can be seen in FIG. 3, the air ducts or nozzles 76 starting from the manifold 74 are given progressive lengths, and their diameter can be increased; as shown, in order to avoid friction losses.
In the embodiment shown in Figure 4, a manifold 74a is arranged in a helix, so that the nozzles 76 have a substantially uniform length and diameter.
Although the lower section 18 of the furnace has been shown as added to the intermediate section 17 so as to constitute an end section with an internal diameter smaller than that of section 17, it may be sufficient in some cases. In this case, to give sections 17 and 18 a uniform internal diameter. Likewise, although we have shown the reduction in diameter
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interior of section 18 as being achieved only by increasing the thickness of refractory lining 14, this reduction to the apparatus could be achieved by using another conical section, similar to section 16 between sections. 17 and 18, as will also appear to the technicians.
As regards the progressive reduction of the internal diameter of the furnace from the upper feed end to the lower unloading end, this result can be obtained by giving a continuous conical shape to the outer casing. 12, as well as the interior lining of bricks or other refractory material, as shown in Fig. 6. This arrangement also increases the diameter of the furnace as the volume of gases and combustible materials increases.
During the rotation of the furnace 10, the scoops 45 take feed material M from the hopper 47 and discharge it through the orifices 62, into the furnace, in order to maintain the thickness of the bed. of material C being calcined, as previously described. This thicker bed ensures a longer residence time in the larger section of the oven, so that more volatiles can be released.
Proper combustion of the volatile material is provided by the air which is projected into the furnace through nozzles 76 and fittings 78 and which is supplied by annular manifold 74 (or helical manifold 74a) which is connected to the blower. 70 through the air duct 75 of the air supply device 46 disposed at the upper end of the intermediate section 17 and just below the end of the smaller diameter of the conical section 16.
In this manner, suitably controlled amounts of pressurized air are fed into sections 15 and 16 in order to properly burn the volatiles and provide heat for the calcination which is to occur in this section, as well as for release other volatile matter
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tiles from materials introduced into the kiln.
Because the feed scoops are placed an appreciable distance along the furnace, from the rear crown 20, as previously described and, as a result of the substantially complete combustion of the volatiles evolved, the portion upper furnace located above feed scoops 45 tends to cool, which reduces the linear velocity of the products of combustion from the furnace at this point and allows solid particles which may have been entrained by the furnace. gas current to leave it by gravity.
These solid particles thus return to the moving bed and, after appropriate calcination, are finally discharged together with the product. So,. the upper part of the oven located above the feed scoops behaves like a dust collector or a fine collector.
As regards the sending into the furnace of the material M by the scoops 45, the relative arrangement of the members described above, including that of the closing flaps 58, is such that each closing flap closes at a certain time to avoid either the introduction of air through the scoop, or the loss of hot gas which would exit through the corresponding scoop, in accordance with the gas pressures prevailing in the furnace. Entry of a significant amount of air at this point could tend to raise the temperature as a result of further combustion, to the point of damaging the material constituting the scoops.
As previously indicated, when the geometrical axis of the scoop is directed substantially vertically upwards, the discharge of the material in this scoop begins and, as. the scoop continues to rotate, perhaps another 10 to 20, its material settles through the constricted tubing 54 and is gradually discharged. The shutter 58 is adjusted so that it closes at about the time that each scoop has moved 15 to 20 from its vertical position, and before any
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The treated material has been discharged, so as to prevent the passage of the aforementioned air or gases through the scoop after the complete discharge of the charge material from the furnace.
We have previously described obtaining the thickness that the bed of material C must have during calcination, this thickness being regulated by the rotation of the furnace and the speed of feeding the cold material M into the hopper 47, as mentioned above and being limited by the internal diameter of the rear crown placed at the supply end of the furnace. In order to maintain a perfectly suitable opening at the feed end of the furnace for the escape of combustion products, it is very desirable that the inside diameter of the rear crown 20 not be. less than the inside diameter of the smallest section of the furnace, nor less than the inside diameter of the front crown placed at the discharge end of the furnace.
Since there is no obstruction at the top or feed end of the furnace, since the feed scoops 45 are spaced apart from each other along the furnace, such an internal diameter minimum of the rear crown still leaves a corresponding unloading space, although for some operations it may be desirable that the internal diameter of the rear crown be somewhat larger, while still allowing some increase in the thickness of the bed during calcination beyond the thickness that this bed would have if this rear crown were removed.
Of course, it will be understood that the rear ring 20 can be omitted, by counting on the distribution of the feed scoops 45 along the furnace to ensure the maximum desired thickness of the bed without losses in filler material above it. adjacent end of the oven. In addition, since, as described, a peripheral feed is used by means of the scoop 45, and the open feed end of the furnace is not obstructed by a conventional feed device entering it. this,
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but that it is open and free, which reduces the speed of the gases, one can obtain many of the advantages of the injection of pressurized air intended, as described, to ensure combustion,
without progressively reducing the internal diameter of the furnace from a large diameter at the feed end to a small diameter at the unloading end and, as described above, without it being it is necessary that the internal diameter of the rear crown is greater than that of the front crown.
This is why the diameters of these crowns can be equal.
Further, the inside diameter of the furnace can be uniform throughout, and this furnace can give excellent results, at least when certain fillers are used.
In one instance, in a furnace of conical section, the total length of which is about 30.5 meters, the feed section 15 of larger diameter has a length of about 10.36 meters and an internal diameter of approximately 1.83 meters, the conical section 16 has a length of approximately 1.83 meters and its internal diameter is reduced to approximately 1.52 m, the general inclination of the furnace is of 5.2 cm per meter, the scoops 45 are spaced approximately 3 meters along the furnace from the feed end and the inside diameter of the rear crown 20 is between 1 , 37 and 1.52 m and that of the front crown is 1.37 m;
easily obtains, for a feed rate varying from 272,150 kg to 362,870 kg per day of petroleum coke containing about 10 to 12% of volatile combustible materials, production rates of the order of 204,100 to 272,150 kg per day, of coke calcined containing less than 1% volatile combustible material, the rotational speeds of the furnace being approximately 2 to 5 revolutions per minute. At the discharge end of the furnace and in the vicinity of the front wall 35, the gases reach negative pressure.
By introducing air through device 46, fuel consumption is reduced by at least 50 percent.
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As indicated above, the spacing of the feed scoops 45 along the furnace from the feed end can be calculated by dividing the desired thickness of the bed to the place where the scoop is located by the mean slope and, if the rear crown 20 is used, deducting from the result obtained the increase in height of the bed coming from this rear crown.
It will be noted: that one can use as many air collectors 74 and groups of nozzles 76, or equivalent devices serving to supply fluid under pressure, and arranged along the length of the furnace, as enough for any particular power supply. When, for a given feed and in order to obtain certain desired results, additional fuel must be used, fuel may be introduced, for example by gas or fuel oil, in addition. air or, in some cases, instead of it. So, the apparatus! the process which is the subject of the invention can be adapted to the treatment of different kinds of materials.
For example, the carbonization of coal at low temperature could be carried out in this way; oil shale can be treated in an apparatus of this kind. In these latter cases, recoverable volatiles would be removed from the stack gases as a by-product of the operation.
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